„Podrobné vysvětlení složení a požadavků na servosystémy pro obráběcí centra“
I. Složení servosystému pro obráběcí centra
V moderních obráběcích centrech hraje servosystém klíčovou roli. Skládá se ze servoobvodů, servopohonů, mechanických převodových mechanismů a ovládacích prvků.
Hlavní funkcí servosystému je přijímat signály rychlosti posuvu a posuvu vydávané numerickým řídicím systémem. Obvod servopohonu nejprve provede určitou konverzi a zesílení výkonu těchto signálů. Poté jsou prostřednictvím servopohonů, jako jsou krokové motory, stejnosměrné servomotory, střídavé servomotory atd., a mechanických převodových mechanismů poháněny akční komponenty, jako je pracovní stůl obráběcího stroje a vřeteno, aby se dosáhlo pracovního posuvu a rychlého pohybu. Dá se říci, že u numericky řízených strojů je CNC zařízení jako „mozek“, který vydává povely, zatímco servosystém je výkonným mechanismem, jako „končetiny“ numericky řízeného stroje, a dokáže přesně provádět pohybové povely z CNC zařízení.
Ve srovnání s pohonnými systémy běžných obráběcích strojů má servosystém obráběcích center zásadní rozdíly. Dokáže přesně řídit rychlost pohybu a polohu ovládacích prvků podle povelových signálů a dokáže realizovat trajektorii pohybu syntetizovanou několika ovládacími prvky pohybujícími se podle určitých pravidel. To vyžaduje, aby servosystém měl vysoký stupeň přesnosti, stability a rychlou odezvu.
V moderních obráběcích centrech hraje servosystém klíčovou roli. Skládá se ze servoobvodů, servopohonů, mechanických převodových mechanismů a ovládacích prvků.
Hlavní funkcí servosystému je přijímat signály rychlosti posuvu a posuvu vydávané numerickým řídicím systémem. Obvod servopohonu nejprve provede určitou konverzi a zesílení výkonu těchto signálů. Poté jsou prostřednictvím servopohonů, jako jsou krokové motory, stejnosměrné servomotory, střídavé servomotory atd., a mechanických převodových mechanismů poháněny akční komponenty, jako je pracovní stůl obráběcího stroje a vřeteno, aby se dosáhlo pracovního posuvu a rychlého pohybu. Dá se říci, že u numericky řízených strojů je CNC zařízení jako „mozek“, který vydává povely, zatímco servosystém je výkonným mechanismem, jako „končetiny“ numericky řízeného stroje, a dokáže přesně provádět pohybové povely z CNC zařízení.
Ve srovnání s pohonnými systémy běžných obráběcích strojů má servosystém obráběcích center zásadní rozdíly. Dokáže přesně řídit rychlost pohybu a polohu ovládacích prvků podle povelových signálů a dokáže realizovat trajektorii pohybu syntetizovanou několika ovládacími prvky pohybujícími se podle určitých pravidel. To vyžaduje, aby servosystém měl vysoký stupeň přesnosti, stability a rychlou odezvu.
II. Požadavky na servosystémy
- Vysoká přesnost
Numericky řízené stroje zpracovávají automaticky podle předem stanoveného programu. Pro zpracování vysoce přesných a kvalitních obrobků musí mít servosystém vysokou přesnost. Obecně řečeno, přesnost by měla dosáhnout mikronové úrovně. Je to proto, že v moderní výrobě jsou požadavky na přesnost obrobků stále vyšší. Zejména v oblastech, jako je letecký a kosmický průmysl, automobilový průmysl a výroba elektronických zařízení, může i malá chyba vést k vážným následkům.
Pro dosažení vysoce přesného řízení musí servosystém využívat pokročilé senzorové technologie, jako jsou enkodéry a mřížková pravítka, pro sledování polohy a rychlosti ovládacích prvků v reálném čase. Současně musí mít servopohon také vysoce přesný řídicí algoritmus pro přesné řízení rychlosti a točivého momentu motoru. Kromě toho má přesnost mechanického převodového mechanismu také důležitý vliv na přesnost servosystému. Proto je při návrhu a výrobě obráběcích center nutné volit vysoce přesné převodové komponenty, jako jsou kuličkové šrouby a lineární vedení, aby byly zajištěny požadavky na přesnost servosystému. - Rychlá odezva
Rychlá odezva je jedním z důležitých znaků dynamické kvality servosystému. Vyžaduje, aby servosystém měl malou chybu sledování po povelu, rychlou odezvu a dobrou stabilitu. Konkrétně je požadováno, aby systém po daném vstupu dokázal dosáhnout nebo obnovit původní stabilní stav v krátkém čase, obvykle do 200 ms nebo dokonce desítek milisekund.
Rychlá odezva má důležitý vliv na efektivitu a kvalitu obrábění obráběcích center. Při vysokorychlostním obrábění je doba kontaktu mezi nástrojem a obrobkem velmi krátká. Servosystém musí být schopen rychle reagovat na povelový signál a upravit polohu a rychlost nástroje, aby byla zajištěna přesnost obrábění a kvalita povrchu. Zároveň při obrábění obrobků se složitými tvary musí být servosystém schopen rychle reagovat na změny povelových signálů a realizovat řízení víceosého propojení, aby byla zajištěna přesnost a efektivita obrábění.
Pro zlepšení rychlé odezvy servosystému je třeba použít vysoce výkonné servopohony a řídicí algoritmy. Například použití střídavých servomotorů, které mají rychlou odezvu, velký točivý moment a široký rozsah regulace otáček, může splnit požadavky na vysokorychlostní obrábění obráběcích center. Zároveň použití pokročilých řídicích algoritmů, jako je PID řízení, fuzzy řízení a řízení neuronovými sítěmi, může zlepšit rychlost odezvy a stabilitu servosystému. - Velký rozsah regulace rychlosti
Vzhledem k různým řezným nástrojům, materiálům obrobků a požadavkům na zpracování musí mít servosystém dostatečný rozsah regulace otáček, aby mohly číslicově řízené stroje dosáhnout nejlepších řezných podmínek za jakýchkoli okolností. Dokáže splnit jak požadavky na vysokorychlostní obrábění, tak i požadavky na nízkorychlostní posuv.
Při vysokorychlostním obrábění musí být servosystém schopen zajistit vysokou rychlost a zrychlení pro zlepšení efektivity zpracování. Při nízkorychlostním podávání musí být servosystém schopen zajistit stabilní točivý moment při nízkých otáčkách, aby byla zajištěna přesnost obrábění a kvalita povrchu. Rozsah regulace rychlosti servosystému proto obvykle musí dosahovat několika tisíc nebo dokonce desítek tisíc otáček za minutu.
Pro dosažení širokého rozsahu regulace otáček je třeba použít vysoce výkonné servopohony a metody regulace otáček. Například použití technologie regulace otáček s proměnnou frekvencí střídavého proudu může dosáhnout plynulé regulace otáček motoru se širokým rozsahem regulace otáček, vysokou účinností a dobrou spolehlivostí. Zároveň použití pokročilých řídicích algoritmů, jako je vektorové řízení a přímé řízení momentu, může zlepšit výkon a účinnost regulace otáček motoru. - Vysoká spolehlivost
Provozní rychlost číslicově řízených strojů je velmi vysoká a často pracují nepřetržitě 24 hodin. Proto se od nich vyžaduje spolehlivý provoz. Spolehlivost systému je často založena na průměrné hodnotě délky časových intervalů mezi poruchami, tj. na průměrné době bez poruchy. Čím delší je tato doba, tím lépe.
Pro zlepšení spolehlivosti servosystému je třeba používat vysoce kvalitní komponenty a pokročilé výrobní procesy. Současně je nutné důkladně testovat a kontrolovat kvalitu servosystému, aby byl zajištěn jeho stabilní a spolehlivý výkon. Kromě toho je třeba zavést redundantní konstrukci a technologie diagnostiky poruch, aby se zlepšila odolnost systému vůči poruchám a jeho schopnosti diagnostiky poruch, aby bylo možné jej včas opravit v případě poruchy a zajistit normální provoz obráběcího centra. - Velký točivý moment při nízkých otáčkách
Číslicově řízené stroje často provádějí těžké řezání při nízkých rychlostech. Proto musí mít servopohon posuvu při nízkých rychlostech velký výstupní krouticí moment, aby splňoval požadavky na řezné zpracování.
Při těžkém obrábění je řezná síla mezi nástrojem a obrobkem velmi velká. Servosystém musí být schopen poskytnout dostatečný točivý moment k překonání řezné síly a zajištění plynulého průběhu obrábění. Pro dosažení vysokého točivého momentu při nízkých otáčkách je třeba použít vysoce výkonné servopohony a motory. Například použití synchronních motorů s permanentními magnety, které mají vysokou hustotu točivého momentu, vysokou účinnost a dobrou spolehlivost, může splnit požadavky obráběcích center na nízké otáčky a vysoký točivý moment. Zároveň použití pokročilých řídicích algoritmů, jako je přímé řízení točivého momentu, může zlepšit schopnost výstupu točivého momentu a účinnost motoru.
Závěrem lze říci, že servosystém obráběcích center je důležitou součástí číslicově řízených strojů. Jeho výkon přímo ovlivňuje přesnost zpracování, efektivitu a spolehlivost obráběcích center. Proto je při návrhu a výrobě obráběcích center třeba plně zohlednit složení a požadavky servosystému a vybrat pokročilé technologie a zařízení, které zlepší výkon a kvalitu servosystému a splní potřeby moderní výroby.