“Gedetailleerde uitleg van de samenstelling en vereisten van het servosysteem voor bewerkingscentra”
I. Samenstelling van het servosysteem voor bewerkingscentra
In moderne bewerkingscentra speelt het servosysteem een cruciale rol. Het bestaat uit servocircuits, servoaandrijfmechanismen, mechanische transmissiemechanismen en actuatoren.
De belangrijkste functie van het servosysteem is het ontvangen van de commandosignalen voor de toevoersnelheid en verplaatsing die door het numerieke besturingssysteem worden afgegeven. Eerst voert het servoaandrijfcircuit een bepaalde conversie en vermogensversterking uit op deze commandosignalen. Vervolgens worden via servoaandrijfcomponenten zoals stappenmotoren, DC-servomotoren, AC-servomotoren, enz., en mechanische transmissiemechanismen de aandrijfcomponenten, zoals de werktafel en de spindelkop van de machine, aangestuurd om werkstuktoevoer en snelle beweging te realiseren. In machines met numerieke besturing is de CNC-machine als het "brein" dat commando's geeft, terwijl het servosysteem het uitvoerende mechanisme is, net als de "ledematen" van de machine met numerieke besturing, en de bewegingscommando's van de CNC-machine nauwkeurig kan uitvoeren.
Vergeleken met de aandrijfsystemen van algemene gereedschapsmachines vertoont het servosysteem van bewerkingscentra essentiële verschillen. Het kan de bewegingssnelheid en positie van de actuatoren nauwkeurig regelen op basis van commandosignalen, en kan het bewegingstraject realiseren dat ontstaat doordat verschillende actuatoren volgens bepaalde regels bewegen. Dit vereist een hoge mate van nauwkeurigheid, stabiliteit en snelle respons van het servosysteem.
In moderne bewerkingscentra speelt het servosysteem een cruciale rol. Het bestaat uit servocircuits, servoaandrijfmechanismen, mechanische transmissiemechanismen en actuatoren.
De belangrijkste functie van het servosysteem is het ontvangen van de commandosignalen voor de toevoersnelheid en verplaatsing die door het numerieke besturingssysteem worden afgegeven. Eerst voert het servoaandrijfcircuit een bepaalde conversie en vermogensversterking uit op deze commandosignalen. Vervolgens worden via servoaandrijfcomponenten zoals stappenmotoren, DC-servomotoren, AC-servomotoren, enz., en mechanische transmissiemechanismen de aandrijfcomponenten, zoals de werktafel en de spindelkop van de machine, aangestuurd om werkstuktoevoer en snelle beweging te realiseren. In machines met numerieke besturing is de CNC-machine als het "brein" dat commando's geeft, terwijl het servosysteem het uitvoerende mechanisme is, net als de "ledematen" van de machine met numerieke besturing, en de bewegingscommando's van de CNC-machine nauwkeurig kan uitvoeren.
Vergeleken met de aandrijfsystemen van algemene gereedschapsmachines vertoont het servosysteem van bewerkingscentra essentiële verschillen. Het kan de bewegingssnelheid en positie van de actuatoren nauwkeurig regelen op basis van commandosignalen, en kan het bewegingstraject realiseren dat ontstaat doordat verschillende actuatoren volgens bepaalde regels bewegen. Dit vereist een hoge mate van nauwkeurigheid, stabiliteit en snelle respons van het servosysteem.
II. Vereisten voor servosystemen
- Hoge precisie
Numerieke besturingsmachines verwerken automatisch volgens een vooraf bepaald programma. Om werkstukken met hoge precisie en hoge kwaliteit te verwerken, moet het servosysteem zelf daarom een hoge precisie hebben. Over het algemeen moet de precisie tot op de micrometer nauwkeurig zijn. Dit komt doordat in de moderne productie de nauwkeurigheidseisen voor werkstukken steeds hoger worden. Vooral in sectoren zoals de lucht- en ruimtevaart, de automobielindustrie en de elektronische apparatuur kan zelfs een kleine fout ernstige gevolgen hebben.
Om een uiterst nauwkeurige besturing te bereiken, moet het servosysteem geavanceerde sensortechnologieën gebruiken, zoals encoders en rasterlinialen, om de positie en snelheid van de actuatorcomponenten in realtime te bewaken. Tegelijkertijd moet de servoaandrijving ook beschikken over een uiterst nauwkeurig regelalgoritme om de snelheid en het koppel van de motor nauwkeurig te regelen. Daarnaast heeft de nauwkeurigheid van het mechanische overbrengingsmechanisme ook een belangrijke invloed op de nauwkeurigheid van het servosysteem. Daarom is het bij het ontwerpen en produceren van bewerkingscentra noodzakelijk om uiterst nauwkeurige overbrengingscomponenten, zoals kogelomloopspindels en lineaire geleidingen, te selecteren om aan de nauwkeurigheidseisen van het servosysteem te voldoen. - Snelle snelheidsrespons
Een snelle respons is een van de belangrijke kenmerken van de dynamische kwaliteit van het servosysteem. Dit vereist dat het servosysteem een kleine volgfout heeft na het commandosignaal, en een snelle respons en goede stabiliteit heeft. Concreet is vereist dat het systeem na een gegeven invoer de oorspronkelijke stabiele toestand binnen korte tijd kan bereiken of herstellen, meestal binnen 200 ms of zelfs tientallen milliseconden.
Een snelle respons heeft een belangrijke impact op de verwerkingsefficiëntie en -kwaliteit van bewerkingscentra. Bij hogesnelheidsbewerking is de contacttijd tussen het gereedschap en het werkstuk zeer kort. Het servosysteem moet snel kunnen reageren op het commandosignaal en de positie en snelheid van het gereedschap kunnen aanpassen om de bewerkingsnauwkeurigheid en oppervlaktekwaliteit te garanderen. Tegelijkertijd moet het servosysteem bij het bewerken van werkstukken met complexe vormen snel kunnen reageren op veranderingen in commandosignalen en een meerassige koppeling kunnen aansturen om de bewerkingsnauwkeurigheid en -efficiëntie te garanderen.
Om de snelle respons van het servosysteem te verbeteren, moeten krachtige servo-aandrijfsystemen en besturingsalgoritmen worden toegepast. Zo kunnen AC-servomotoren, met een hoge responssnelheid, een hoog koppel en een breed snelheidsregelbereik, voldoen aan de hogesnelheidsbewerkingsvereisten van bewerkingscentra. Tegelijkertijd kan de toepassing van geavanceerde besturingsalgoritmen zoals PID-regeling, fuzzy control en neurale netwerkregeling de responssnelheid en stabiliteit van het servosysteem verbeteren. - Groot snelheidsregelbereik
Vanwege de verschillende snijgereedschappen, werkstukmaterialen en bewerkingsvereisten moet het servosysteem een voldoende snelheidsregelbereik hebben om ervoor te zorgen dat numerieke besturingsmachines onder alle omstandigheden de beste snijomstandigheden kunnen bereiken. Het systeem kan voldoen aan zowel de eisen voor hoge bewerkingssnelheden als voor lage voedingssnelheden.
Bij hogesnelheidsbewerking moet het servosysteem hoge snelheden en acceleraties kunnen leveren om de verwerkingsefficiëntie te verbeteren. Bij lagesnelheidsvoeding moet het servosysteem een stabiel koppel bij lage snelheid kunnen leveren om de verwerkingsnauwkeurigheid en oppervlaktekwaliteit te garanderen. Daarom moet het snelheidsregelbereik van het servosysteem over het algemeen enkele duizenden of zelfs tienduizenden omwentelingen per minuut bedragen.
Om een groot snelheidsregelbereik te bereiken, moeten krachtige servoaandrijvingen en snelheidsregelmethoden worden toegepast. Zo kan met behulp van AC-snelheidsregeltechnologie met variabele frequentie een traploze snelheidsregeling van de motor worden gerealiseerd, met een breed snelheidsregelbereik, een hoge efficiëntie en een goede betrouwbaarheid. Tegelijkertijd kunnen geavanceerde regelalgoritmen zoals vectorregeling en directe koppelregeling de prestaties en efficiëntie van de snelheidsregeling van de motor verbeteren. - Hoge betrouwbaarheid
De bedrijfssnelheid van numerieke besturingsmachines is zeer hoog en ze werken vaak 24 uur onafgebroken. Daarom moeten ze betrouwbaar werken. De betrouwbaarheid van het systeem is vaak gebaseerd op de gemiddelde waarde van de tijdsintervallen tussen storingen, dat wil zeggen de gemiddelde tijd zonder storingen. Hoe langer deze tijd, hoe beter.
Om de betrouwbaarheid van het servosysteem te verbeteren, moeten hoogwaardige componenten en geavanceerde productieprocessen worden toegepast. Tegelijkertijd zijn strenge tests en kwaliteitscontroles van het servosysteem nodig om stabiele en betrouwbare prestaties te garanderen. Bovendien moeten redundante ontwerp- en foutdiagnosetechnologieën worden toegepast om de fouttolerantie en foutdiagnosemogelijkheden van het systeem te verbeteren, zodat het tijdig kan worden gerepareerd wanneer er een storing optreedt en de normale werking van het bewerkingscentrum kan worden gegarandeerd. - Groot koppel bij lage snelheid
Numerieke besturingsmachines voeren vaak zware snijbewerkingen uit bij lage snelheden. Daarom is een servosysteem voor de voeding vereist dat het een hoog koppel levert bij lage snelheden om aan de eisen van het snijproces te voldoen.
Tijdens zware snijbewerkingen is de snijkracht tussen het gereedschap en het werkstuk zeer groot. Het servosysteem moet voldoende koppel kunnen leveren om de snijkracht te overwinnen en een soepele voortgang van de bewerking te garanderen. Om een hoog koppel bij lage snelheden te bereiken, moeten krachtige servoaandrijvingen en motoren worden gebruikt. Synchrone motoren met permanente magneten, die een hoge koppeldichtheid, hoge efficiëntie en goede betrouwbaarheid hebben, kunnen bijvoorbeeld voldoen aan de eisen van bewerkingscentra bij lage snelheden en een hoog koppel. Tegelijkertijd kan het gebruik van geavanceerde regelalgoritmen, zoals directe koppelregeling, het koppelvermogen en de efficiëntie van de motor verbeteren.
Concluderend is het servosysteem van bewerkingscentra een belangrijk onderdeel van numerieke besturingsmachines. De prestaties ervan zijn direct van invloed op de verwerkingsnauwkeurigheid, efficiëntie en betrouwbaarheid van bewerkingscentra. Daarom moeten bij het ontwerpen en produceren van bewerkingscentra de samenstelling en vereisten van het servosysteem volledig in overweging worden genomen en moeten geavanceerde technologieën en apparatuur worden geselecteerd om de prestaties en kwaliteit van het servosysteem te verbeteren en te voldoen aan de ontwikkelingsbehoeften van moderne productie.