"Detaljerad förklaring av sammansättningen och kraven för servosystem för fleroperationsmaskiner"
I. Sammansättning av servosystem för fleroperationsmaskiner
I moderna bearbetningscentraler spelar servosystemet en avgörande roll. Det består av servokretsar, servodrivenheter, mekaniska transmissionsmekanismer och manöverkomponenter.
Servosystemets huvudfunktion är att ta emot matningshastighets- och förskjutningssignaler som utfärdas av det numeriska styrsystemet. Först utför servodrivkretsen viss omvandling och effektförstärkning på dessa kommandosignaler. Sedan, genom servodrivenheter som stegmotorer, likströmsservomotorer, växelströmsservomotorer etc., och mekaniska transmissionsmekanismer, drivs manöverkomponenter som maskinverktygets arbetsbord och spindelhuvud för att uppnå arbetsmatning och snabb rörelse. Man kan säga att i numeriska styrmaskiner är CNC-enheten som "hjärnan" som utfärdar kommandon, medan servosystemet är den verkställande mekanismen, som "lemmarna" i den numeriska styrmaskinen, och kan exakt utföra rörelsekommandona från CNC-enheten.
Jämfört med drivsystemen i vanliga verktygsmaskiner har servosystemet i fleroperationsmaskiner väsentliga skillnader. Det kan noggrant styra rörelsehastigheten och positionen för manöverkomponenter enligt kommandosignaler och kan realisera den rörelsebana som syntetiseras av flera manöverkomponenter som rör sig enligt vissa regler. Detta kräver att servosystemet har en hög grad av noggrannhet, stabilitet och snabb responsförmåga.
I moderna bearbetningscentraler spelar servosystemet en avgörande roll. Det består av servokretsar, servodrivenheter, mekaniska transmissionsmekanismer och manöverkomponenter.
Servosystemets huvudfunktion är att ta emot matningshastighets- och förskjutningssignaler som utfärdas av det numeriska styrsystemet. Först utför servodrivkretsen viss omvandling och effektförstärkning på dessa kommandosignaler. Sedan, genom servodrivenheter som stegmotorer, likströmsservomotorer, växelströmsservomotorer etc., och mekaniska transmissionsmekanismer, drivs manöverkomponenter som maskinverktygets arbetsbord och spindelhuvud för att uppnå arbetsmatning och snabb rörelse. Man kan säga att i numeriska styrmaskiner är CNC-enheten som "hjärnan" som utfärdar kommandon, medan servosystemet är den verkställande mekanismen, som "lemmarna" i den numeriska styrmaskinen, och kan exakt utföra rörelsekommandona från CNC-enheten.
Jämfört med drivsystemen i vanliga verktygsmaskiner har servosystemet i fleroperationsmaskiner väsentliga skillnader. Det kan noggrant styra rörelsehastigheten och positionen för manöverkomponenter enligt kommandosignaler och kan realisera den rörelsebana som syntetiseras av flera manöverkomponenter som rör sig enligt vissa regler. Detta kräver att servosystemet har en hög grad av noggrannhet, stabilitet och snabb responsförmåga.
II. Krav för servosystem
- Hög precision
Numeriskt styrda maskiner bearbetar automatiskt enligt ett förutbestämt program. Därför måste servosystemet i sig ha hög precision för att bearbeta högprecisions- och högkvalitativa arbetsstycken. Generellt sett bör precisionen nå mikronnivå. Detta beror på att precisionskraven för arbetsstycken blir högre och högre inom modern tillverkning. Speciellt inom områden som flyg- och rymdteknik, biltillverkning och elektronisk utrustning kan även ett litet fel leda till allvarliga konsekvenser.
För att uppnå högprecisionsstyrning måste servosystemet använda avancerade sensortekniker som kodare och gitterlinjaler för att övervaka positionen och hastigheten hos manöverkomponenter i realtid. Samtidigt måste servodrivenheten också ha en högprecisionsstyralgoritm för att noggrant styra motorns hastighet och vridmoment. Dessutom har precisionen hos den mekaniska transmissionsmekanismen också en viktig inverkan på servosystemets precision. Därför är det vid design och tillverkning av bearbetningscentra nödvändigt att välja högprecisionstransmissionskomponenter som kulskruvar och linjärstyrningar för att säkerställa servosystemets precisionskrav. - Snabb responstid
Snabb respons är ett av de viktiga tecknen på servosystemets dynamiska kvalitet. Det kräver att servosystemet har ett litet följdfel efter kommandosignalen, och har snabb respons och god stabilitet. Mer specifikt krävs det att systemet efter en given ingång kan nå eller återställa det ursprungliga stabila tillståndet på kort tid, vanligtvis inom 200 ms eller till och med dussintals millisekunder.
Den snabba responsförmågan har en viktig inverkan på bearbetningseffektiviteten och bearbetningskvaliteten i fleroperationsmaskiner. Vid höghastighetsbearbetning är kontakttiden mellan verktyget och arbetsstycket mycket kort. Servosystemet måste kunna reagera snabbt på kommandosignaler och justera verktygets position och hastighet för att säkerställa bearbetningsprecision och ytkvalitet. Samtidigt, vid bearbetning av arbetsstycken med komplexa former, måste servosystemet kunna reagera snabbt på förändringar i kommandosignaler och realisera fleraxlig länkstyrning för att säkerställa bearbetningsnoggrannhet och effektivitet.
För att förbättra servosystemets snabba responsförmåga behöver högpresterande servodrivenheter och styralgoritmer användas. Till exempel kan användningen av AC-servomotorer, som har snabb responshastighet, stort vridmoment och brett hastighetsregleringsområde, uppfylla kraven för höghastighetsbearbetning i fleroperationsmaskiner. Samtidigt kan användningen av avancerade styralgoritmer som PID-reglering, fuzzy-reglering och neurala nätverksreglering förbättra servosystemets responshastighet och stabilitet. - Stort hastighetsregleringsområde
På grund av olika skärverktyg, arbetsstycksmaterial och bearbetningskrav måste servosystemet ha ett tillräckligt hastighetsregleringsområde för att säkerställa att numeriska styrda maskiner kan uppnå bästa möjliga skärförhållanden under alla omständigheter. Det kan uppfylla både krav på höghastighetsbearbetning och krav på låghastighetsmatning.
Vid höghastighetsbearbetning måste servosystemet kunna ge hög hastighet och acceleration för att förbättra bearbetningseffektiviteten. Vid låghastighetsmatning måste servosystemet kunna ge stabilt vridmoment vid låg hastighet för att säkerställa bearbetningsprecisionen och ytkvaliteten. Därför behöver servosystemets hastighetsregleringsområde i allmänhet nå flera tusen eller till och med tiotusentals varv per minut.
För att uppnå ett stort hastighetsregleringsområde måste högpresterande servodrivenheter och hastighetsregleringsmetoder användas. Till exempel kan användning av AC-varvtalsregleringsteknik med variabel frekvens uppnå steglös hastighetsreglering av motorn, med brett hastighetsregleringsområde, hög effektivitet och god tillförlitlighet. Samtidigt kan användning av avancerade styralgoritmer som vektorstyrning och direkt momentstyrning förbättra motorns hastighetsregleringsprestanda och effektivitet. - Hög tillförlitlighet
Driftshastigheten för numeriska styrda maskiner är mycket hög, och de arbetar ofta kontinuerligt i 24 timmar. Därför krävs det att de arbetar tillförlitligt. Systemets tillförlitlighet baseras ofta på medelvärdet av tidsintervallen mellan fel, det vill säga den genomsnittliga tiden utan fel. Ju längre denna tid är, desto bättre.
För att förbättra servosystemets tillförlitlighet måste högkvalitativa komponenter och avancerade tillverkningsprocesser användas. Samtidigt krävs strikta tester och kvalitetskontroller av servosystemet för att säkerställa dess stabila och tillförlitliga prestanda. Dessutom måste redundant design och feldiagnosteknik användas för att förbättra systemets feltolerans och feldiagnosfunktioner så att det kan repareras i tid när ett fel uppstår och säkerställa normal drift av bearbetningscentret. - Stort vridmoment vid låg hastighet
Numeriskt styrda maskiner utför ofta tung skärning vid låga hastigheter. Därför krävs det att matningsservosystemet har ett stort vridmoment vid låga hastigheter för att uppfylla kraven för skärning.
Vid kraftig skärning är skärkraften mellan verktyget och arbetsstycket mycket stor. Servosystemet måste kunna ge tillräckligt vridmoment för att övervinna skärkraften och säkerställa en smidig bearbetning. För att uppnå lågvarviga högmomentutgångar måste högpresterande servodrivenheter och motorer användas. Till exempel kan användningen av permanentmagnetsynkronmotorer, som har hög momenttäthet, hög effektivitet och god tillförlitlighet, uppfylla kraven på lågvarviga högmomentutgångar för bearbetningscentraler. Samtidigt kan avancerade styralgoritmer som direkt momentstyrning förbättra motorns vridmomentutgångsförmåga och effektivitet.
Sammanfattningsvis är servosystemet i fleroperationsmaskiner en viktig del av numeriska styrda maskiner. Dess prestanda påverkar direkt bearbetningsprecisionen, effektiviteten och tillförlitligheten hos fleroperationsmaskiner. Därför måste servosystemets sammansättning och krav beaktas fullt ut vid design och tillverkning av fleroperationsmaskiner, och avancerad teknik och utrustning måste väljas för att förbättra servosystemets prestanda och kvalitet och möta utvecklingsbehoven inom modern tillverkning.