"Yksityiskohtainen selitys koneistuskeskusten servojärjestelmän koostumuksesta ja vaatimuksista"
I. Koneistuskeskusten servojärjestelmän kokoonpano
Nykyaikaisissa työstökeskuksissa servojärjestelmällä on ratkaiseva rooli. Se koostuu servopiireistä, servokäyttölaitteista, mekaanisista voimansiirtomekanismeista ja toimilaitteista.
Servojärjestelmän päätehtävänä on vastaanottaa numeerisen ohjausjärjestelmän lähettämät syöttönopeus- ja siirtokäskysignaalit. Ensin servokäyttöpiiri suorittaa tiettyjä muunnoksia ja tehonvahvistuksia näille käskysignaaleille. Sitten servokäyttölaitteiden, kuten askelmoottoreiden, tasavirtaservomoottoreiden, vaihtovirtaservomoottoreiden jne., ja mekaanisten voimansiirtomekanismien avulla ohjataan käyttökomponentteja, kuten työstökoneen työpöytää ja karanpäätä, jotta saavutetaan työsyötöt ja nopea liike. Voidaan sanoa, että numeerisissa ohjauskoneissa CNC-laite on kuin "aivot", joka antaa komentoja, kun taas servojärjestelmä on toimeenpanomekanismi, kuten numeerisen ohjauskoneen "raajat", ja se voi suorittaa tarkasti CNC-laitteen liikekäskyt.
Verrattuna yleisten työstökoneiden käyttöjärjestelmiin, työstökeskusten servojärjestelmällä on olennaisia eroja. Se pystyy ohjaamaan tarkasti toimilaitteiden liikkeen nopeutta ja sijaintia komentosignaalien mukaisesti ja toteuttamaan useiden tiettyjen sääntöjen mukaisesti liikkuvien toimilaitteiden syntetisoiman liikeradan. Tämä edellyttää servojärjestelmältä suurta tarkkuutta, vakautta ja nopeaa reagointikykyä.
Nykyaikaisissa työstökeskuksissa servojärjestelmällä on ratkaiseva rooli. Se koostuu servopiireistä, servokäyttölaitteista, mekaanisista voimansiirtomekanismeista ja toimilaitteista.
Servojärjestelmän päätehtävänä on vastaanottaa numeerisen ohjausjärjestelmän lähettämät syöttönopeus- ja siirtokäskysignaalit. Ensin servokäyttöpiiri suorittaa tiettyjä muunnoksia ja tehonvahvistuksia näille käskysignaaleille. Sitten servokäyttölaitteiden, kuten askelmoottoreiden, tasavirtaservomoottoreiden, vaihtovirtaservomoottoreiden jne., ja mekaanisten voimansiirtomekanismien avulla ohjataan käyttökomponentteja, kuten työstökoneen työpöytää ja karanpäätä, jotta saavutetaan työsyötöt ja nopea liike. Voidaan sanoa, että numeerisissa ohjauskoneissa CNC-laite on kuin "aivot", joka antaa komentoja, kun taas servojärjestelmä on toimeenpanomekanismi, kuten numeerisen ohjauskoneen "raajat", ja se voi suorittaa tarkasti CNC-laitteen liikekäskyt.
Verrattuna yleisten työstökoneiden käyttöjärjestelmiin, työstökeskusten servojärjestelmällä on olennaisia eroja. Se pystyy ohjaamaan tarkasti toimilaitteiden liikkeen nopeutta ja sijaintia komentosignaalien mukaisesti ja toteuttamaan useiden tiettyjen sääntöjen mukaisesti liikkuvien toimilaitteiden syntetisoiman liikeradan. Tämä edellyttää servojärjestelmältä suurta tarkkuutta, vakautta ja nopeaa reagointikykyä.
II. Servojärjestelmille asetettavat vaatimukset
- Korkea tarkkuus
Numeeriset ohjauskoneet prosessoivat automaattisesti ennalta määrätyn ohjelman mukaisesti. Siksi tarkkojen ja laadukkaiden työkappaleiden prosessointi vaatii itse servojärjestelmän olevan erittäin tarkka. Yleisesti ottaen tarkkuuden tulisi saavuttaa mikronitaso. Tämä johtuu siitä, että nykyaikaisessa valmistuksessa työkappaleiden tarkkuusvaatimukset kasvavat jatkuvasti. Erityisesti esimerkiksi ilmailu- ja avaruustekniikassa, autoteollisuudessa ja elektroniikkalaitteissa pienikin virhe voi johtaa vakaviin seurauksiin.
Jotta saavutettaisiin tarkka ohjaus, servojärjestelmän on käytettävä edistyneitä anturitekniikoita, kuten enkoodereita ja ritiläviivaimia, joilla voidaan valvoa käyttökomponenttien sijaintia ja nopeutta reaaliajassa. Samalla servokäyttölaitteessa on oltava myös tarkka ohjausalgoritmi moottorin nopeuden ja vääntömomentin tarkkaan ohjaamiseen. Lisäksi mekaanisen voimansiirtomekanismin tarkkuudella on tärkeä vaikutus servojärjestelmän tarkkuuteen. Siksi työstökeskuksia suunniteltaessa ja valmistettaessa on välttämätöntä valita tarkkoja voimansiirtokomponentteja, kuten kuularuuveja ja lineaariohjaimia, servojärjestelmän tarkkuusvaatimusten varmistamiseksi. - Nopea vasteaika
Nopea vasteaika on yksi servojärjestelmän dynaamisen laadun tärkeimmistä merkeistä. Se edellyttää, että servojärjestelmällä on pieni seurantavirhe komentosignaalin jälkeen sekä nopea vasteaika ja hyvä vakaus. Tarkemmin sanottuna järjestelmän on tietyn syötteen jälkeen saavutettava tai palautettava alkuperäinen vakaa tila lyhyessä ajassa, yleensä 200 ms:n tai jopa kymmenien millisekuntien kuluessa.
Nopea reagointikyky vaikuttaa merkittävästi työstökeskusten prosessointitehokkuuteen ja prosessoinnin laatuun. Suurnopeustyöstössä työkalun ja työkappaleen välinen kosketusaika on hyvin lyhyt. Servojärjestelmän on kyettävä reagoimaan komentosignaaliin nopeasti ja säätämään työkalun asentoa ja nopeutta prosessointitarkkuuden ja pinnanlaadun varmistamiseksi. Samanaikaisesti monimutkaisten muotojen omaavia työkappaleita käsiteltäessä servojärjestelmän on kyettävä reagoimaan nopeasti komentosignaalien muutoksiin ja toteutettava moniakselinen vivusto-ohjaus prosessointitarkkuuden ja -tehokkuuden varmistamiseksi.
Servojärjestelmän nopean vasteajan parantamiseksi on otettava käyttöön tehokkaita servokäyttölaitteita ja ohjausalgoritmeja. Esimerkiksi nopean vasteajan, suuren vääntömomentin ja laajan nopeuden säätöalueen omaavat AC-servomoottorit voivat täyttää työstökeskusten suurnopeuskoneistuksen vaatimukset. Samalla edistyneiden ohjausalgoritmien, kuten PID-säädön, sumean ohjauksen ja neuroverkko-ohjauksen, käyttöönotto voi parantaa servojärjestelmän vasteaikaa ja vakautta. - Laaja nopeuden säätöalue
Erilaisten leikkaustyökalujen, työkappaleiden materiaalien ja prosessointivaatimusten vuoksi numeerisesti ohjattujen koneiden parhaiden leikkausolosuhteiden saavuttamiseksi kaikissa olosuhteissa servojärjestelmän nopeuden säätöalueen on oltava riittävä. Se pystyy täyttämään sekä suurnopeuskoneistuksen että hitaiden syöttöjen vaatimukset.
Suurnopeustyöstössä servojärjestelmän on kyettävä tarjoamaan suuri nopeus ja kiihtyvyys prosessointitehokkuuden parantamiseksi. Hitaalla syötöllä servojärjestelmän on kyettävä tarjoamaan vakaa vääntömomentti alhaisella nopeudella prosessointitarkkuuden ja pinnanlaadun varmistamiseksi. Siksi servojärjestelmän nopeuden säätöalueen on yleensä oltava useita tuhansia tai jopa kymmeniä tuhansia kierroksia minuutissa.
Laajan nopeudensäätöalueen saavuttamiseksi on käytettävä tehokkaita servokäyttölaitteita ja nopeudensäätömenetelmiä. Esimerkiksi AC-muuttuvan taajuuden nopeudensäätöteknologialla voidaan toteuttaa moottorin portaaton nopeudensäätö laajalla nopeudensäätöalueella, korkealla hyötysuhteella ja hyvällä luotettavuudella. Samanaikaisesti edistyneiden ohjausalgoritmien, kuten vektorisäädön ja suoran vääntömomentin säädön, käyttöönotto voi parantaa moottorin nopeudensäätösuorituskykyä ja hyötysuhdetta. - Korkea luotettavuus
Numeerisesti ohjattujen koneiden toimintanopeus on erittäin korkea, ja ne toimivat usein jatkuvasti 24 tuntia. Siksi niiden on toimittava luotettavasti. Järjestelmän luotettavuus perustuu usein vikaantumisten välisten aikavälien keskiarvoon eli keskimääräiseen aikaan ilman vikaa. Mitä pidempi tämä aika on, sitä parempi.
Servojärjestelmän luotettavuuden parantamiseksi on käytettävä korkealaatuisia komponentteja ja edistyneitä valmistusprosesseja. Samanaikaisesti tarvitaan servojärjestelmän tiukkaa testausta ja laadunvalvontaa sen vakaan ja luotettavan suorituskyvyn varmistamiseksi. Lisäksi on otettava käyttöön redundantteja suunnittelu- ja vikadiagnostiikkatekniikoita järjestelmän vikasietoisuuden ja vikadiagnostiikkaominaisuuksien parantamiseksi, jotta vika voidaan korjata ajoissa ja varmistaa työstökeskuksen normaali toiminta. - Suuri vääntömomentti alhaisella nopeudella
Numeerisesti ohjatut koneet suorittavat usein raskasta leikkausta alhaisilla nopeuksilla. Siksi syöttöservojärjestelmän on tuotettava suuri vääntömomentti alhaisilla nopeuksilla leikkausprosessin vaatimusten täyttämiseksi.
Raskaan lastuamisen aikana työkalun ja työkappaleen välinen leikkausvoima on erittäin suuri. Servojärjestelmän on kyettävä tuottamaan riittävä vääntömomentti leikkausvoiman voittamiseksi ja prosessoinnin sujuvan etenemisen varmistamiseksi. Matalan nopeuden ja suuren vääntömomentin saavuttamiseksi on käytettävä tehokkaita servokäyttölaitteita ja -moottoreita. Esimerkiksi kestomagneettiset tahtimoottoreiden käyttö, joilla on korkea vääntömomenttitiheys, korkea hyötysuhde ja hyvä luotettavuus, voi täyttää työstökeskusten matalan nopeuden ja suuren vääntömomentin vaatimukset. Samalla edistyneiden ohjausalgoritmien, kuten suoran vääntömomentin säädön, käyttöönotto voi parantaa moottorin vääntömomentin tuottokykyä ja hyötysuhdetta.
Yhteenvetona voidaan todeta, että työstökeskusten servojärjestelmä on tärkeä osa numeerisia ohjauskoneita. Sen suorituskyky vaikuttaa suoraan työstökeskusten prosessointitarkkuuteen, tehokkuuteen ja luotettavuuteen. Siksi työstökeskuksia suunniteltaessa ja valmistettaessa on otettava täysin huomioon servojärjestelmän koostumus ja vaatimukset ja valittava edistyneitä teknologioita ja laitteita servojärjestelmän suorituskyvyn ja laadun parantamiseksi sekä nykyaikaisen valmistuksen kehitystarpeiden täyttämiseksi.