«Подробное объяснение состава и требований к сервосистеме обрабатывающих центров»
I. Состав сервосистемы для обрабатывающих центров
В современных обрабатывающих центрах сервосистема играет важнейшую роль. Она состоит из сервосхем, сервоприводов, механических передаточных механизмов и исполнительных элементов.
Основная функция сервосистемы — принимать сигналы управления скоростью подачи и перемещением, выдаваемые системой числового программного управления. Сначала сервопривод преобразует и усиливает эти сигналы. Затем, через сервоприводы, такие как шаговые двигатели, серводвигатели постоянного тока, серводвигатели переменного тока и т.д., а также механические передаточные механизмы, исполнительные элементы, такие как рабочий стол станка и шпиндельная бабка, приводятся в движение для обеспечения подачи и быстрого перемещения заготовки. Можно сказать, что в станках с числовым программным управлением устройство ЧПУ действует как «мозг», выдающий команды, а сервосистема — как исполнительный механизм, подобно «рукам» станка с числовым программным управлением, и может точно выполнять команды движения, поступающие от устройства ЧПУ.
По сравнению с приводными системами обычных станков, сервосистема обрабатывающих центров имеет существенные отличия. Она позволяет точно управлять скоростью перемещения и положением исполнительных элементов в соответствии с командными сигналами и реализовывать траекторию движения, синтезированную несколькими исполнительными элементами, движущимися по определённым законам. Это требует от сервосистемы высокой точности, стабильности и быстродействия.
В современных обрабатывающих центрах сервосистема играет важнейшую роль. Она состоит из сервосхем, сервоприводов, механических передаточных механизмов и исполнительных элементов.
Основная функция сервосистемы — принимать сигналы управления скоростью подачи и перемещением, выдаваемые системой числового программного управления. Сначала сервопривод преобразует и усиливает эти сигналы. Затем, через сервоприводы, такие как шаговые двигатели, серводвигатели постоянного тока, серводвигатели переменного тока и т.д., а также механические передаточные механизмы, исполнительные элементы, такие как рабочий стол станка и шпиндельная бабка, приводятся в движение для обеспечения подачи и быстрого перемещения заготовки. Можно сказать, что в станках с числовым программным управлением устройство ЧПУ действует как «мозг», выдающий команды, а сервосистема — как исполнительный механизм, подобно «рукам» станка с числовым программным управлением, и может точно выполнять команды движения, поступающие от устройства ЧПУ.
По сравнению с приводными системами обычных станков, сервосистема обрабатывающих центров имеет существенные отличия. Она позволяет точно управлять скоростью перемещения и положением исполнительных элементов в соответствии с командными сигналами и реализовывать траекторию движения, синтезированную несколькими исполнительными элементами, движущимися по определённым законам. Это требует от сервосистемы высокой точности, стабильности и быстродействия.
II. Требования к сервосистемам
- Высокая точность
Станки с числовым программным управлением работают автоматически по заданной программе. Поэтому для обработки высокоточных и качественных деталей сама сервосистема должна обладать высокой точностью. Как правило, точность должна достигать микронного уровня. Это связано с тем, что в современном производстве требования к точности деталей постоянно растут. В таких областях, как аэрокосмическая промышленность, автомобилестроение и электроника, даже небольшая ошибка может привести к серьёзным последствиям.
Для достижения высокой точности управления сервосистема должна использовать передовые технологии датчиков, такие как энкодеры и решётчатые линейки, для контроля положения и скорости исполнительных элементов в режиме реального времени. В то же время сервопривод должен иметь высокоточный алгоритм управления для точного контроля скорости и крутящего момента двигателя. Кроме того, точность механического передаточного механизма также оказывает важное влияние на точность сервосистемы. Поэтому при проектировании и производстве обрабатывающих центров необходимо выбирать высокоточные передаточные компоненты, такие как шарико-винтовые передачи и линейные направляющие, для обеспечения требований к точности сервосистемы. - Быстрая скорость реакции
Быстрый отклик — один из важных показателей динамического качества сервосистемы. Он требует, чтобы сервосистема имела малую ошибку следования за управляющим сигналом, а также обладала высокой скоростью отклика и стабильностью. В частности, требуется, чтобы после подачи управляющего сигнала система могла достичь исходного устойчивого состояния или восстановить его за короткое время, обычно в течение 200 мс или даже десятков миллисекунд.
Быстродействие оказывает важное влияние на эффективность и качество обработки обрабатывающих центров. При высокоскоростной обработке время контакта инструмента с заготовкой очень короткое. Сервосистема должна быстро реагировать на командный сигнал и корректировать положение и скорость инструмента для обеспечения точности обработки и качества поверхности. В то же время, при обработке заготовок сложной формы сервосистема должна быстро реагировать на изменение командных сигналов и осуществлять управление многокоординатным соединением для обеспечения точности и эффективности обработки.
Для повышения быстродействия сервосистемы необходимо использовать высокопроизводительные сервоприводы и алгоритмы управления. Например, использование серводвигателей переменного тока, обладающих высокой скоростью отклика, большим крутящим моментом и широким диапазоном регулирования скорости, позволяет удовлетворить требования высокоскоростной обработки на обрабатывающих центрах. В то же время, применение передовых алгоритмов управления, таких как ПИД-регулирование, нечёткое управление и управление на основе нейронных сетей, позволяет повысить скорость отклика и стабильность сервосистемы. - Большой диапазон регулирования скорости
Учитывая различия в режущих инструментах, материалах заготовок и требованиях к обработке, для обеспечения наилучших условий резания на станках с ЧПУ в любых условиях сервосистема должна иметь достаточный диапазон регулирования скорости. Она должна удовлетворять как требованиям высокоскоростной обработки, так и требованиям подачи на низких скоростях.
При высокоскоростной обработке сервосистема должна обеспечивать высокую скорость и ускорение для повышения эффективности обработки. При низкоскоростной подаче сервосистема должна обеспечивать стабильный крутящий момент на малых оборотах для обеспечения точности обработки и качества поверхности. Поэтому диапазон регулирования скорости сервосистемы обычно должен достигать нескольких тысяч или даже десятков тысяч оборотов в минуту.
Для достижения широкого диапазона регулирования скорости необходимо использовать высокопроизводительные сервоприводы и методы регулирования скорости. Например, использование технологии регулирования скорости переменного тока позволяет реализовать бесступенчатое регулирование скорости двигателя с широким диапазоном регулирования, высокой эффективностью и надёжностью. В то же время, применение передовых алгоритмов управления, таких как векторное управление и прямое управление крутящим моментом, позволяет улучшить характеристики регулирования скорости и КПД двигателя. - Высокая надежность
Интенсивность работы станков с числовым программным управлением очень высока, и зачастую они работают непрерывно в течение 24 часов. Поэтому от них требуется надёжность. Надёжность системы часто определяется средним значением длительности интервала между отказами, то есть средним временем безотказной работы. Чем больше это время, тем лучше.
Для повышения надежности сервосистемы необходимо использовать высококачественные компоненты и передовые производственные процессы. В то же время, для обеспечения её стабильной и надёжной работы необходимы строгие испытания и контроль качества сервосистемы. Кроме того, для повышения отказоустойчивости и возможностей диагностики неисправностей системы необходимо внедрить избыточные технологии проектирования и диагностики неисправностей, чтобы обеспечить своевременное устранение неисправностей и нормальную работу обрабатывающего центра. - Большой крутящий момент на низкой скорости
Станки с числовым программным управлением часто выполняют резку больших объёмов на низких скоростях. Поэтому для удовлетворения требований процесса резания сервосистема подачи должна обеспечивать высокий крутящий момент на низких скоростях.
При интенсивной обработке сила резания между инструментом и заготовкой очень велика. Сервосистема должна обеспечивать достаточный крутящий момент для преодоления силы резания и обеспечения плавного хода обработки. Для достижения высокого крутящего момента на низкой скорости необходимо использовать высокопроизводительные сервоприводы и двигатели. Например, использование синхронных двигателей с постоянными магнитами, обладающих высокой плотностью крутящего момента, высоким КПД и высокой надежностью, позволяет удовлетворить требования обрабатывающих центров к высокому крутящему моменту на низкой скорости. В то же время, внедрение передовых алгоритмов управления, таких как прямое управление крутящим моментом, может улучшить выходной крутящий момент и эффективность двигателя.
В заключение следует отметить, что сервосистема обрабатывающих центров является важной частью станков с числовым программным управлением. Её характеристики напрямую влияют на точность обработки, эффективность и надёжность обрабатывающих центров. Поэтому при проектировании и изготовлении обрабатывающих центров необходимо всесторонне учитывать состав и требования к сервосистеме, а также выбирать передовые технологии и оборудование для повышения производительности и качества сервосистемы, отвечая потребностям развития современного производства.