„Išsamus apdirbimo centrų servo sistemų sudėties ir reikalavimų paaiškinimas“
I. Apdirbimo centrų servo sistemos sudėtis
Šiuolaikiniuose apdirbimo centruose servo sistema atlieka lemiamą vaidmenį. Ją sudaro servo grandinės, servo pavaros įtaisai, mechaniniai perdavimo mechanizmai ir pavaros komponentai.
Pagrindinė servo sistemos funkcija – priimti skaitmeninio valdymo sistemos skleidžiamus padavimo greičio ir poslinkio komandų signalus. Pirma, servo pavaros grandinė atlieka tam tikrą šių komandų signalų konvertavimą ir galios stiprinimą. Tada per servo pavaros įrenginius, tokius kaip žingsniniai varikliai, nuolatinės srovės servo varikliai, kintamosios srovės servo varikliai ir kt., bei mechaninius perdavimo mechanizmus, pavaros komponentai, tokie kaip staklių darbastalis ir veleno atrama, yra varomi, kad būtų pasiektas darbo padavimas ir greitas judėjimas. Galima sakyti, kad skaitmeninio valdymo mašinose CNC įrenginys yra tarsi „smegenys“, kurios duoda komandas, o servo sistema yra vykdomasis mechanizmas, kaip skaitmeninio valdymo mašinos „galūnės“, galintis tiksliai vykdyti CNC įrenginio judesio komandas.
Palyginti su bendrųjų staklių pavaros sistemomis, apdirbimo centrų servo sistema turi esminių skirtumų. Ji gali tiksliai valdyti pavaros komponentų judėjimo greitį ir padėtį pagal komandų signalus ir gali realizuoti judėjimo trajektoriją, kurią sintezuoja keli pavaros komponentai, judantys pagal tam tikras taisykles. Tam reikalingas didelis servo sistemos tikslumas, stabilumas ir greitas reagavimas.
Šiuolaikiniuose apdirbimo centruose servo sistema atlieka lemiamą vaidmenį. Ją sudaro servo grandinės, servo pavaros įtaisai, mechaniniai perdavimo mechanizmai ir pavaros komponentai.
Pagrindinė servo sistemos funkcija – priimti skaitmeninio valdymo sistemos skleidžiamus padavimo greičio ir poslinkio komandų signalus. Pirma, servo pavaros grandinė atlieka tam tikrą šių komandų signalų konvertavimą ir galios stiprinimą. Tada per servo pavaros įrenginius, tokius kaip žingsniniai varikliai, nuolatinės srovės servo varikliai, kintamosios srovės servo varikliai ir kt., bei mechaninius perdavimo mechanizmus, pavaros komponentai, tokie kaip staklių darbastalis ir veleno atrama, yra varomi, kad būtų pasiektas darbo padavimas ir greitas judėjimas. Galima sakyti, kad skaitmeninio valdymo mašinose CNC įrenginys yra tarsi „smegenys“, kurios duoda komandas, o servo sistema yra vykdomasis mechanizmas, kaip skaitmeninio valdymo mašinos „galūnės“, galintis tiksliai vykdyti CNC įrenginio judesio komandas.
Palyginti su bendrųjų staklių pavaros sistemomis, apdirbimo centrų servo sistema turi esminių skirtumų. Ji gali tiksliai valdyti pavaros komponentų judėjimo greitį ir padėtį pagal komandų signalus ir gali realizuoti judėjimo trajektoriją, kurią sintezuoja keli pavaros komponentai, judantys pagal tam tikras taisykles. Tam reikalingas didelis servo sistemos tikslumas, stabilumas ir greitas reagavimas.
II. Reikalavimai servo sistemoms
- Didelis tikslumas
Skaitmeninio valdymo staklės apdoroja automatiškai pagal iš anksto nustatytą programą. Todėl norint apdoroti didelio tikslumo ir kokybės ruošinius, pati servo sistema turi būti labai tiksli. Apskritai tikslumas turėtų siekti mikronų lygį. Taip yra todėl, kad šiuolaikinėje gamyboje ruošinių tikslumo reikalavimai vis didėja. Ypač tokiose srityse kaip aviacija, automobilių gamyba ir elektroninė įranga, net ir maža paklaida gali sukelti rimtų pasekmių.
Norint pasiekti didelio tikslumo valdymą, servo sistema turi naudoti pažangias jutiklių technologijas, tokias kaip kodavimo įrenginiai ir grotelių liniuotės, kad realiuoju laiku būtų galima stebėti pavaros komponentų padėtį ir greitį. Tuo pačiu metu servo pavaros įtaisas taip pat turi turėti didelio tikslumo valdymo algoritmą, kad būtų galima tiksliai valdyti variklio greitį ir sukimo momentą. Be to, mechaninio perdavimo mechanizmo tikslumas taip pat turi didelę įtaką servo sistemos tikslumui. Todėl projektuojant ir gaminant apdirbimo centrus, būtina pasirinkti didelio tikslumo perdavimo komponentus, tokius kaip rutuliniai sraigtai ir linijinės kreiptuvai, kad būtų užtikrinti servo sistemos tikslumo reikalavimai. - Greitas reagavimo greitis
Greitas reagavimas yra vienas iš svarbiausių servo sistemos dinaminės kokybės požymių. Jis reikalauja, kad servo sistema po komandos signalo turėtų nedidelę sekimo paklaidą, greitai reaguotų ir būtų stabilesnė. Tiksliau, po tam tikro įvesties signalo sistema galėtų pasiekti arba atkurti pradinę stabilią būseną per trumpą laiką, paprastai per 200 ms ar net dešimtis milisekundžių.
Greitas reagavimas turi didelę įtaką apdirbimo centrų apdorojimo efektyvumui ir kokybei. Atliekant didelio greičio apdirbimą, įrankio ir ruošinio sąlyčio laikas yra labai trumpas. Servo sistema turi gebėti greitai reaguoti į komandų signalą ir reguliuoti įrankio padėtį bei greitį, kad būtų užtikrintas apdorojimo tikslumas ir paviršiaus kokybė. Tuo pačiu metu, apdorojant sudėtingų formų ruošinius, servo sistema turi gebėti greitai reaguoti į komandų signalų pokyčius ir realizuoti daugiaašį jungčių valdymą, kad būtų užtikrintas apdorojimo tikslumas ir efektyvumas.
Norint pagerinti servo sistemos greitą reagavimo gebėjimą, reikia naudoti didelio našumo servo pavaros įrenginius ir valdymo algoritmus. Pavyzdžiui, naudojant kintamosios srovės servo variklius, kurie pasižymi greitu reagavimo greičiu, dideliu sukimo momentu ir plačiu greičio reguliavimo diapazonu, galima patenkinti apdirbimo centrų didelio greičio apdirbimo reikalavimus. Tuo pačiu metu pažangių valdymo algoritmų, tokių kaip PID valdymas, neaiškus valdymas ir neuroninio tinklo valdymas, taikymas gali pagerinti servo sistemos reagavimo greitį ir stabilumą. - Didelis greičio reguliavimo diapazonas
Dėl skirtingų pjovimo įrankių, ruošinių medžiagų ir apdorojimo reikalavimų, siekiant užtikrinti, kad skaitmeninio valdymo staklės bet kokiomis aplinkybėmis galėtų pasiekti geriausias pjovimo sąlygas, servo sistema turi turėti pakankamą greičio reguliavimo diapazoną. Ji gali atitikti tiek greitojo apdirbimo, tiek mažo greičio padavimo reikalavimus.
Didelio greičio apdirbimo metu servo sistema turi užtikrinti didelį greitį ir pagreitį, kad būtų pagerintas apdorojimo efektyvumas. Mažo greičio padavimo metu servo sistema turi užtikrinti stabilų mažo greičio sukimo momentą, kad būtų užtikrintas apdorojimo tikslumas ir paviršiaus kokybė. Todėl servo sistemos greičio reguliavimo diapazonas paprastai turi siekti kelis tūkstančius ar net dešimtis tūkstančių apsisukimų per minutę.
Norint pasiekti didelį greičio reguliavimo diapazoną, reikia naudoti didelio našumo servo pavaras ir greičio reguliavimo metodus. Pavyzdžiui, naudojant kintamos srovės dažnio greičio reguliavimo technologiją, galima pasiekti laipsnišką variklio greičio reguliavimą, pasižymintį plačiu greičio reguliavimo diapazonu, dideliu efektyvumu ir patikimumu. Tuo pačiu metu pažangių valdymo algoritmų, tokių kaip vektoriaus valdymas ir tiesioginis sukimo momento valdymas, taikymas gali pagerinti variklio greičio reguliavimo našumą ir efektyvumą. - Didelis patikimumas
Skaitmeninio valdymo mašinų veikimo greitis yra labai didelis, ir jos dažnai veikia nepertraukiamai 24 valandas. Todėl jos turi veikti patikimai. Sistemos patikimumas dažnai grindžiamas vidutine laiko intervalų tarp gedimų trukme, t. y. vidutiniu laiku be gedimų. Kuo ilgesnis šis laikas, tuo geriau.
Siekiant pagerinti servo sistemos patikimumą, reikia naudoti aukštos kokybės komponentus ir pažangius gamybos procesus. Tuo pačiu metu reikalingas griežtas servo sistemos bandymas ir kokybės kontrolė, siekiant užtikrinti stabilų ir patikimą jos veikimą. Be to, reikia įdiegti perteklines projektavimo ir gedimų diagnostikos technologijas, kad būtų pagerintas sistemos gedimų toleravimas ir gedimų diagnostikos galimybės, kad gedimą būtų galima laiku pašalinti ir užtikrinti normalų apdirbimo centro veikimą. - Didelis sukimo momentas esant mažam greičiui
Skaitmeninio valdymo staklės dažnai atlieka sunkius pjovimo darbus mažu greičiu. Todėl, kad būtų patenkinti pjovimo proceso reikalavimai, padavimo servo sistema turi turėti didelį sukimo momentą esant mažam greičiui.
Atliekant intensyvų pjovimą, pjovimo jėga tarp įrankio ir ruošinio yra labai didelė. Servo sistema turi gebėti užtikrinti pakankamą sukimo momentą, kad įveiktų pjovimo jėgą ir užtikrintų sklandų apdorojimo eigą. Norint pasiekti mažo greičio didelį sukimo momentą, reikia naudoti didelio našumo servo pavaras ir variklius. Pavyzdžiui, naudojant nuolatinių magnetų sinchroninius variklius, kurie pasižymi dideliu sukimo momento tankiu, dideliu efektyvumu ir patikimumu, galima patenkinti apdirbimo centrų mažo greičio ir didelio sukimo momento reikalavimus. Tuo pačiu metu pažangių valdymo algoritmų, tokių kaip tiesioginis sukimo momento valdymas, taikymas gali pagerinti variklio sukimo momento išėjimo galimybes ir efektyvumą.
Apibendrinant galima teigti, kad apdirbimo centrų servo sistema yra svarbi skaitmeninio valdymo mašinų dalis. Jos veikimas tiesiogiai veikia apdirbimo centrų apdorojimo tikslumą, efektyvumą ir patikimumą. Todėl projektuojant ir gaminant apdirbimo centrus, reikia visapusiškai atsižvelgti į servo sistemos sudėtį ir reikalavimus, o pažangios technologijos ir įranga turi būti parinktos siekiant pagerinti servo sistemos našumą ir kokybę bei patenkinti šiuolaikinės gamybos plėtros poreikius.