«Λεπτομερής Εξήγηση της Σύνθεσης και των Απαιτήσεων του Σερβοσυστήματος για Κέντρα Κατεργασίας»
I. Σύνθεση σερβοσυστήματος για κέντρα κατεργασίας
Στα σύγχρονα κέντρα κατεργασίας, το σερβοσύστημα παίζει κρίσιμο ρόλο. Αποτελείται από κυκλώματα σερβοκινητήρων, συσκευές σερβοκίνησης, μηχανικούς μηχανισμούς μετάδοσης κίνησης και εξαρτήματα ενεργοποίησης.
Η κύρια λειτουργία του σερβοσυστήματος είναι η λήψη των σημάτων εντολών ταχύτητας τροφοδοσίας και μετατόπισης που εκδίδονται από το αριθμητικό σύστημα ελέγχου. Πρώτον, το κύκλωμα σερβοκίνησης θα εκτελέσει συγκεκριμένη μετατροπή και ενίσχυση ισχύος σε αυτά τα σήματα εντολών. Στη συνέχεια, μέσω συσκευών σερβοκίνησης όπως βηματικοί κινητήρες, σερβοκινητήρες συνεχούς ρεύματος, σερβοκινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος κ.λπ., και μηχανικών μηχανισμών μετάδοσης κίνησης, τα εξαρτήματα ενεργοποίησης, όπως το τραπέζι εργασίας της εργαλειομηχανής και η κεφαλή του άξονα, κινούνται για να επιτύχουν τροφοδοσία εργασίας και γρήγορη κίνηση. Μπορεί να ειπωθεί ότι στις μηχανές αριθμητικού ελέγχου, η συσκευή CNC είναι σαν τον «εγκέφαλο» που εκδίδει εντολές, ενώ το σερβοσύστημα είναι ο εκτελεστικός μηχανισμός, όπως τα «άκρα» της μηχανής αριθμητικού ελέγχου, και μπορεί να εκτελέσει με ακρίβεια τις εντολές κίνησης από τη συσκευή CNC.
Σε σύγκριση με τα συστήματα κίνησης των γενικών εργαλειομηχανών, το σερβοσύστημα των κέντρων κατεργασίας έχει ουσιαστικές διαφορές. Μπορεί να ελέγχει με ακρίβεια την ταχύτητα κίνησης και τη θέση των εξαρτημάτων ενεργοποίησης σύμφωνα με τα σήματα εντολών και μπορεί να πραγματοποιήσει την τροχιά κίνησης που συντίθεται από πολλά εξαρτήματα ενεργοποίησης που κινούνται σύμφωνα με ορισμένους κανόνες. Αυτό απαιτεί από το σερβοσύστημα να έχει υψηλό βαθμό ακρίβειας, σταθερότητας και ικανότητας γρήγορης απόκρισης.
Στα σύγχρονα κέντρα κατεργασίας, το σερβοσύστημα παίζει κρίσιμο ρόλο. Αποτελείται από κυκλώματα σερβοκινητήρων, συσκευές σερβοκίνησης, μηχανικούς μηχανισμούς μετάδοσης κίνησης και εξαρτήματα ενεργοποίησης.
Η κύρια λειτουργία του σερβοσυστήματος είναι η λήψη των σημάτων εντολών ταχύτητας τροφοδοσίας και μετατόπισης που εκδίδονται από το αριθμητικό σύστημα ελέγχου. Πρώτον, το κύκλωμα σερβοκίνησης θα εκτελέσει συγκεκριμένη μετατροπή και ενίσχυση ισχύος σε αυτά τα σήματα εντολών. Στη συνέχεια, μέσω συσκευών σερβοκίνησης όπως βηματικοί κινητήρες, σερβοκινητήρες συνεχούς ρεύματος, σερβοκινητήρες εναλλασσόμενου ρεύματος κ.λπ., και μηχανικών μηχανισμών μετάδοσης κίνησης, τα εξαρτήματα ενεργοποίησης, όπως το τραπέζι εργασίας της εργαλειομηχανής και η κεφαλή του άξονα, κινούνται για να επιτύχουν τροφοδοσία εργασίας και γρήγορη κίνηση. Μπορεί να ειπωθεί ότι στις μηχανές αριθμητικού ελέγχου, η συσκευή CNC είναι σαν τον «εγκέφαλο» που εκδίδει εντολές, ενώ το σερβοσύστημα είναι ο εκτελεστικός μηχανισμός, όπως τα «άκρα» της μηχανής αριθμητικού ελέγχου, και μπορεί να εκτελέσει με ακρίβεια τις εντολές κίνησης από τη συσκευή CNC.
Σε σύγκριση με τα συστήματα κίνησης των γενικών εργαλειομηχανών, το σερβοσύστημα των κέντρων κατεργασίας έχει ουσιαστικές διαφορές. Μπορεί να ελέγχει με ακρίβεια την ταχύτητα κίνησης και τη θέση των εξαρτημάτων ενεργοποίησης σύμφωνα με τα σήματα εντολών και μπορεί να πραγματοποιήσει την τροχιά κίνησης που συντίθεται από πολλά εξαρτήματα ενεργοποίησης που κινούνται σύμφωνα με ορισμένους κανόνες. Αυτό απαιτεί από το σερβοσύστημα να έχει υψηλό βαθμό ακρίβειας, σταθερότητας και ικανότητας γρήγορης απόκρισης.
II. Απαιτήσεις για σερβοσυστήματα
- Υψηλή ακρίβεια
Οι μηχανές αριθμητικού ελέγχου επεξεργάζονται αυτόματα σύμφωνα με ένα προκαθορισμένο πρόγραμμα. Επομένως, για την επεξεργασία τεμαχίων υψηλής ακρίβειας και ποιότητας, το ίδιο το σερβοσύστημα πρέπει να έχει υψηλή ακρίβεια. Γενικά, η ακρίβεια πρέπει να φτάνει το επίπεδο του μικρού. Αυτό συμβαίνει επειδή στη σύγχρονη κατασκευή, οι απαιτήσεις ακρίβειας για τα τεμάχια γίνονται όλο και υψηλότερες. Ειδικά σε τομείς όπως η αεροδιαστημική, η αυτοκινητοβιομηχανία και ο ηλεκτρονικός εξοπλισμός, ακόμη και ένα μικρό σφάλμα μπορεί να οδηγήσει σε σοβαρές συνέπειες.
Για να επιτευχθεί έλεγχος υψηλής ακρίβειας, το σερβοσύστημα πρέπει να υιοθετήσει προηγμένες τεχνολογίες αισθητήρων, όπως κωδικοποιητές και χάρακες σχάρας, για την παρακολούθηση της θέσης και της ταχύτητας των εξαρτημάτων ενεργοποίησης σε πραγματικό χρόνο. Ταυτόχρονα, η συσκευή σερβοκίνησης πρέπει επίσης να διαθέτει έναν αλγόριθμο ελέγχου υψηλής ακρίβειας για τον ακριβή έλεγχο της ταχύτητας και της ροπής του κινητήρα. Επιπλέον, η ακρίβεια του μηχανικού μηχανισμού μετάδοσης έχει επίσης σημαντικό αντίκτυπο στην ακρίβεια του σερβοσυστήματος. Επομένως, κατά το σχεδιασμό και την κατασκευή κέντρων κατεργασίας, είναι απαραίτητο να επιλέγονται εξαρτήματα μετάδοσης υψηλής ακρίβειας, όπως σφαιρικές βίδες και γραμμικοί οδηγοί, για να διασφαλίζονται οι απαιτήσεις ακρίβειας του σερβοσυστήματος. - Γρήγορη απόκριση ταχύτητας
Η γρήγορη απόκριση είναι ένα από τα σημαντικά χαρακτηριστικά της δυναμικής ποιότητας του σερβοσυστήματος. Απαιτεί το σερβοσύστημα να παρουσιάζει ένα μικρό σφάλμα μετά το σήμα εντολής και να έχει γρήγορη απόκριση και καλή σταθερότητα. Συγκεκριμένα, απαιτείται μετά από μια δεδομένη είσοδο, το σύστημα να μπορεί να φτάσει ή να επαναφέρει την αρχική σταθερή κατάσταση σε σύντομο χρονικό διάστημα, γενικά εντός 200ms ή ακόμα και δεκάδων χιλιοστών του δευτερολέπτου.
Η ικανότητα γρήγορης απόκρισης έχει σημαντικό αντίκτυπο στην απόδοση και την ποιότητα επεξεργασίας των κέντρων κατεργασίας. Στην κατεργασία υψηλής ταχύτητας, ο χρόνος επαφής μεταξύ του εργαλείου και του τεμαχίου εργασίας είναι πολύ σύντομος. Το σερβοσύστημα πρέπει να είναι σε θέση να ανταποκρίνεται γρήγορα στο σήμα εντολής και να ρυθμίζει τη θέση και την ταχύτητα του εργαλείου για να διασφαλίζει την ακρίβεια επεξεργασίας και την ποιότητα της επιφάνειας. Ταυτόχρονα, κατά την επεξεργασία τεμαχίων εργασίας με σύνθετα σχήματα, το σερβοσύστημα πρέπει να είναι σε θέση να ανταποκρίνεται γρήγορα στις αλλαγές των σημάτων εντολής και να πραγματοποιεί έλεγχο σύνδεσης πολλαπλών αξόνων για να διασφαλίζει την ακρίβεια και την αποτελεσματικότητα της επεξεργασίας.
Για να βελτιωθεί η ικανότητα γρήγορης απόκρισης του σερβοσυστήματος, πρέπει να υιοθετηθούν συσκευές σερβοκίνησης υψηλής απόδοσης και αλγόριθμοι ελέγχου. Για παράδειγμα, η χρήση σερβοκινητήρων AC, οι οποίοι έχουν γρήγορη ταχύτητα απόκρισης, μεγάλη ροπή και ευρύ φάσμα ρύθμισης ταχύτητας, μπορεί να καλύψει τις απαιτήσεις κατεργασίας υψηλής ταχύτητας των κέντρων κατεργασίας. Ταυτόχρονα, η υιοθέτηση προηγμένων αλγορίθμων ελέγχου, όπως ο έλεγχος PID, ο ασαφής έλεγχος και ο έλεγχος νευρωνικών δικτύων, μπορεί να βελτιώσει την ταχύτητα απόκρισης και τη σταθερότητα του σερβοσυστήματος. - Μεγάλο εύρος ρύθμισης ταχύτητας
Λόγω των διαφορετικών εργαλείων κοπής, των υλικών των τεμαχίων εργασίας και των απαιτήσεων επεξεργασίας, για να διασφαλιστεί ότι οι μηχανές αριθμητικού ελέγχου μπορούν να επιτύχουν τις καλύτερες συνθήκες κοπής υπό οποιεσδήποτε συνθήκες, το σερβοσύστημα πρέπει να έχει επαρκές εύρος ρύθμισης ταχύτητας. Μπορεί να ικανοποιήσει τόσο τις απαιτήσεις κατεργασίας υψηλής ταχύτητας όσο και τις απαιτήσεις τροφοδοσίας χαμηλής ταχύτητας.
Στην κατεργασία υψηλής ταχύτητας, το σερβοσύστημα πρέπει να είναι σε θέση να παρέχει υψηλή ταχύτητα και επιτάχυνση για να βελτιώσει την απόδοση της επεξεργασίας. Ενώ λειτουργεί σε τροφοδοσία χαμηλής ταχύτητας, το σερβοσύστημα πρέπει να είναι σε θέση να παρέχει σταθερή ροπή χαμηλής ταχύτητας για να διασφαλίσει την ακρίβεια επεξεργασίας και την ποιότητα της επιφάνειας. Επομένως, το εύρος ρύθμισης ταχύτητας του σερβοσυστήματος πρέπει γενικά να φτάνει αρκετές χιλιάδες ή και δεκάδες χιλιάδες στροφές ανά λεπτό.
Για να επιτευχθεί ένα μεγάλο εύρος ρύθμισης ταχύτητας, πρέπει να υιοθετηθούν συσκευές σερβοκίνησης υψηλής απόδοσης και μέθοδοι ρύθμισης ταχύτητας. Για παράδειγμα, η χρήση τεχνολογίας ρύθμισης ταχύτητας μεταβλητής συχνότητας AC μπορεί να επιτύχει αδιαβάθμητη ρύθμιση ταχύτητας του κινητήρα, με ευρύ εύρος ρύθμισης ταχύτητας, υψηλή απόδοση και καλή αξιοπιστία. Ταυτόχρονα, η υιοθέτηση προηγμένων αλγορίθμων ελέγχου, όπως ο διανυσματικός έλεγχος και ο άμεσος έλεγχος ροπής, μπορεί να βελτιώσει την απόδοση και την αποδοτικότητα της ρύθμισης ταχύτητας του κινητήρα. - Υψηλή αξιοπιστία
Ο ρυθμός λειτουργίας των μηχανών αριθμητικού ελέγχου είναι πολύ υψηλός και συχνά λειτουργούν συνεχώς για 24 ώρες. Επομένως, απαιτείται να λειτουργούν αξιόπιστα. Η αξιοπιστία του συστήματος συχνά βασίζεται στη μέση τιμή του μήκους των χρονικών διαστημάτων μεταξύ βλαβών, δηλαδή στον μέσο χρόνο χωρίς βλάβη. Όσο μεγαλύτερος είναι αυτός ο χρόνος, τόσο το καλύτερο.
Για τη βελτίωση της αξιοπιστίας του σερβοσυστήματος, πρέπει να υιοθετηθούν εξαρτήματα υψηλής ποιότητας και προηγμένες διαδικασίες κατασκευής. Ταυτόχρονα, απαιτούνται αυστηρές δοκιμές και έλεγχος ποιότητας του σερβοσυστήματος για να διασφαλιστεί η σταθερή και αξιόπιστη απόδοσή του. Επιπλέον, πρέπει να υιοθετηθούν τεχνολογίες πλεονάζοντος σχεδιασμού και διάγνωσης σφαλμάτων για τη βελτίωση της ανοχής σφαλμάτων και των δυνατοτήτων διάγνωσης σφαλμάτων του συστήματος, ώστε να μπορεί να επισκευαστεί έγκαιρα σε περίπτωση σφάλματος και να διασφαλιστεί η κανονική λειτουργία του κέντρου κατεργασίας. - Μεγάλη ροπή σε χαμηλή ταχύτητα
Οι μηχανές αριθμητικού ελέγχου συχνά εκτελούν βαριά κοπή σε χαμηλές ταχύτητες. Επομένως, το σύστημα σερβο τροφοδοσίας πρέπει να έχει μεγάλη ροπή εξόδου σε χαμηλές ταχύτητες για να καλύψει τις απαιτήσεις της επεξεργασίας κοπής.
Κατά τη διάρκεια βαριάς κοπής, η δύναμη κοπής μεταξύ του εργαλείου και του τεμαχίου εργασίας είναι πολύ μεγάλη. Το σερβοσύστημα πρέπει να είναι σε θέση να παρέχει επαρκή ροπή για να ξεπεράσει τη δύναμη κοπής και να διασφαλίσει την ομαλή πρόοδο της επεξεργασίας. Για την επίτευξη υψηλής ροπής σε χαμηλή ταχύτητα, πρέπει να υιοθετηθούν συσκευές και κινητήρες σερβοκίνησης υψηλής απόδοσης. Για παράδειγμα, η χρήση σύγχρονων κινητήρων μόνιμου μαγνήτη, οι οποίοι έχουν υψηλή πυκνότητα ροπής, υψηλή απόδοση και καλή αξιοπιστία, μπορεί να καλύψει τις απαιτήσεις υψηλής ροπής σε χαμηλή ταχύτητα των κέντρων κατεργασίας. Ταυτόχρονα, η υιοθέτηση προηγμένων αλγορίθμων ελέγχου, όπως ο άμεσος έλεγχος ροπής, μπορεί να βελτιώσει την ικανότητα και την απόδοση της ροπής εξόδου του κινητήρα.
Συμπερασματικά, το σερβοσύστημα των κέντρων κατεργασίας αποτελεί σημαντικό μέρος των μηχανών αριθμητικού ελέγχου. Η απόδοσή του επηρεάζει άμεσα την ακρίβεια επεξεργασίας, την αποδοτικότητα και την αξιοπιστία των κέντρων κατεργασίας. Συνεπώς, κατά το σχεδιασμό και την κατασκευή κέντρων κατεργασίας, η σύνθεση και οι απαιτήσεις του σερβοσυστήματος πρέπει να λαμβάνονται πλήρως υπόψη και πρέπει να επιλέγονται προηγμένες τεχνολογίες και εξοπλισμός για τη βελτίωση της απόδοσης και της ποιότητας του σερβοσυστήματος και την κάλυψη των αναπτυξιακών αναγκών της σύγχρονης κατασκευής.