„Подробно обяснение на състава и изискванията към серво системата за обработващи центрове“
I. Състав на серво система за обработващи центрове
В съвременните обработващи центрове серво системата играе ключова роля. Тя е съставена от серво вериги, серво задвижващи устройства, механични предавателни механизми и задвижващи компоненти.
Основната функция на серво системата е да приема командните сигнали за скорост на подаване и преместване, подадени от системата за цифрово управление. Първо, веригата на серво задвижването извършва определено преобразуване и усилване на мощността на тези командни сигнали. След това, чрез серво задвижващи устройства като стъпкови двигатели, DC серво двигатели, AC серво двигатели и др., и механични предавателни механизми, задвижващите компоненти, като работната маса на машината и шпинделната глава, се задвижват, за да се постигне подаване на детайла и бързо движение. Може да се каже, че при машините с цифрово управление CNC устройството е като „мозъка“, който издава команди, докато серво системата е изпълнителният механизъм, подобно на „крайниците“ на машината с цифрово управление, и може точно да изпълнява командите за движение от CNC устройството.
В сравнение със задвижващите системи на машинните инструменти с общо предназначение, серво системата на обработващите центрове има съществени разлики. Тя може точно да контролира скоростта на движение и позицията на задвижващите компоненти според командните сигнали и може да реализира траекторията на движение, синтезирана от няколко задвижващи компонента, движещи се съгласно определени правила. Това изисква серво системата да има висока степен на точност, стабилност и бърза реакция.
В съвременните обработващи центрове серво системата играе ключова роля. Тя е съставена от серво вериги, серво задвижващи устройства, механични предавателни механизми и задвижващи компоненти.
Основната функция на серво системата е да приема командните сигнали за скорост на подаване и преместване, подадени от системата за цифрово управление. Първо, веригата на серво задвижването извършва определено преобразуване и усилване на мощността на тези командни сигнали. След това, чрез серво задвижващи устройства като стъпкови двигатели, DC серво двигатели, AC серво двигатели и др., и механични предавателни механизми, задвижващите компоненти, като работната маса на машината и шпинделната глава, се задвижват, за да се постигне подаване на детайла и бързо движение. Може да се каже, че при машините с цифрово управление CNC устройството е като „мозъка“, който издава команди, докато серво системата е изпълнителният механизъм, подобно на „крайниците“ на машината с цифрово управление, и може точно да изпълнява командите за движение от CNC устройството.
В сравнение със задвижващите системи на машинните инструменти с общо предназначение, серво системата на обработващите центрове има съществени разлики. Тя може точно да контролира скоростта на движение и позицията на задвижващите компоненти според командните сигнали и може да реализира траекторията на движение, синтезирана от няколко задвижващи компонента, движещи се съгласно определени правила. Това изисква серво системата да има висока степен на точност, стабилност и бърза реакция.
II. Изисквания към серво системите
- Висока прецизност
Машините с цифрово управление обработват автоматично по предварително определена програма. Следователно, за да се обработват високопрецизни и висококачествени детайли, самата серво система трябва да има висока прецизност. Най-общо казано, прецизността трябва да достигне микронно ниво. Това е така, защото в съвременното производство изискванията за прецизност на детайлите стават все по-високи. Особено в области като аерокосмическото производство, автомобилостроенето и електронното оборудване, дори малка грешка може да доведе до сериозни последици.
За да се постигне високопрецизен контрол, серво системата трябва да използва усъвършенствани сензорни технологии, като енкодери и решетъчни линийки, за да следи позицията и скоростта на задвижващите компоненти в реално време. В същото време, серво задвижващото устройство трябва да има високопрецизен алгоритъм за управление, за да контролира точно скоростта и въртящия момент на двигателя. Освен това, прецизността на механичния трансмисионен механизъм също оказва важно влияние върху прецизността на серво системата. Следователно, при проектирането и производството на обработващи центрове е необходимо да се изберат високопрецизни трансмисионни компоненти, като сачмени винтове и линейни водачи, за да се гарантират изискванията за прецизност на серво системата. - Бърза скорост на реакция
Бързата реакция е един от важните показатели за динамичните качества на серво системата. Тя изисква серво системата да има малка грешка на следване след командния сигнал, бърза реакция и добра стабилност. По-конкретно, изисква се след даден входен сигнал, системата да може да достигне или възстанови първоначалното стабилно състояние за кратко време, обикновено в рамките на 200 ms или дори десетки милисекунди.
Бързата реакция има важно влияние върху ефективността и качеството на обработка на обработващите центрове. При високоскоростна обработка времето за контакт между инструмента и детайла е много кратко. Серво системата трябва да може да реагира бързо на командния сигнал и да регулира позицията и скоростта на инструмента, за да осигури прецизност на обработката и качество на повърхността. В същото време, при обработка на детайли със сложни форми, серво системата трябва да може да реагира бързо на промените в командните сигнали и да реализира многоосно управление на връзката, за да осигури точност и ефективност на обработката.
За да се подобри бързата реакция на серво системата, е необходимо да се използват високопроизводителни серво задвижващи устройства и алгоритми за управление. Например, използването на променливотокови серво двигатели, които имат бърза скорост на реакция, голям въртящ момент и широк диапазон на регулиране на скоростта, може да отговори на изискванията за високоскоростна обработка на обработващите центрове. В същото време, прилагането на усъвършенствани алгоритми за управление, като PID управление, размито управление и невронно-мрежово управление, може да подобри скоростта на реакция и стабилността на серво системата. - Голям диапазон на регулиране на скоростта
Поради различните режещи инструменти, материали на детайлите и изисквания за обработка, за да се гарантира, че машините с цифрово програмно управление могат да постигнат най-добрите условия на рязане при всякакви обстоятелства, серво системата трябва да има достатъчен диапазон на регулиране на скоростта. Тя може да отговори както на изискванията за високоскоростна обработка, така и на изискванията за нискоскоростно подаване.
При високоскоростна обработка, серво системата трябва да може да осигурява висока скорост и ускорение, за да подобри ефективността на обработката. При нискоскоростно подаване, серво системата трябва да може да осигурява стабилен въртящ момент при ниска скорост, за да гарантира прецизност на обработката и качество на повърхността. Следователно, диапазонът на регулиране на скоростта на серво системата обикновено трябва да достига няколко хиляди или дори десетки хиляди оборота в минута.
За да се постигне голям диапазон на регулиране на скоростта, е необходимо да се използват високопроизводителни серво задвижващи устройства и методи за регулиране на скоростта. Например, използването на технология за регулиране на скоростта с променлива честота на променлив ток може да реализира безстепенно регулиране на скоростта на двигателя, с широк диапазон на регулиране на скоростта, висока ефективност и добра надеждност. В същото време, прилагането на усъвършенствани алгоритми за управление, като векторно управление и директно управление на въртящия момент, може да подобри производителността на регулиране на скоростта и ефективността на двигателя. - Висока надеждност
Честотата на работа на машините с цифрово програмно управление е много висока и те често работят непрекъснато в продължение на 24 часа. Следователно, от тях се изисква да работят надеждно. Надеждността на системата често се основава на средната стойност на продължителността на интервалите от време между повреди, т.е. средното време без повреди. Колкото по-дълго е това време, толкова по-добре.
За да се подобри надеждността на серво системата, е необходимо да се използват висококачествени компоненти и усъвършенствани производствени процеси. Същевременно са необходими стриктни тестове и контрол на качеството на серво системата, за да се гарантира нейната стабилна и надеждна работа. Освен това е необходимо да се внедрят резервирани технологии за проектиране и диагностика на повреди, за да се подобри устойчивостта на повреди и възможностите за диагностика на повреди на системата, така че тя да може да бъде отстранена навреме при възникване на повреда и да се осигури нормална работа на обработващия център. - Голям въртящ момент при ниска скорост
Машините с цифрово управление често извършват тежко рязане при ниски скорости. Следователно, серво системата за подаване трябва да има голям изходен въртящ момент при ниски скорости, за да отговори на изискванията за обработка на рязане.
По време на интензивно рязане, силата на рязане между инструмента и детайла е много голяма. Серво системата трябва да може да осигури достатъчен въртящ момент, за да преодолее силата на рязане и да осигури плавен ход на обработката. За да се постигне висок въртящ момент при ниска скорост, е необходимо да се използват високопроизводителни серво задвижващи устройства и двигатели. Например, използването на синхронни двигатели с постоянни магнити, които имат висока плътност на въртящия момент, висока ефективност и добра надеждност, може да отговори на изискванията за висок въртящ момент при ниска скорост на обработващите центрове. В същото време, прилагането на усъвършенствани алгоритми за управление, като например директно управление на въртящия момент, може да подобри способността за генериране на въртящ момент и ефективността на двигателя.
В заключение, серво системата на обработващите центрове е важна част от машините с цифрово управление. Нейната производителност пряко влияе върху прецизността на обработката, ефективността и надеждността на обработващите центрове. Следователно, при проектирането и производството на обработващи центрове, съставът и изискванията на серво системата трябва да бъдат напълно взети предвид и да се изберат съвременни технологии и оборудване, за да се подобри производителността и качеството на серво системата и да се отговорят на нуждите от развитие на съвременното производство.