„Masintöötluskeskuste servosüsteemi koostise ja nõuete üksikasjalik selgitus“
I. Servosüsteemi koostis töötlemiskeskustele
Kaasaegsetes töötlemiskeskustes mängib servosüsteem olulist rolli. See koosneb servoahelatest, servoajamitest, mehaanilistest ülekandemehhanismidest ja ajamkomponentidest.
Servosüsteemi peamine ülesanne on vastu võtta numbrilise juhtimissüsteemi väljastatud etteandekiiruse ja nihke käsklusi. Esiteks teostab servoajami vooluring nende käskluste teatud teisendamise ja võimsuse võimendamise. Seejärel juhitakse servoajamiseadmete, näiteks astmemootorite, alalisvoolu servomootorite, vahelduvvoolu servomootorite jne ja mehaaniliste ülekandemehhanismide abil tööpingi töölauda ja spindli peatoe, et saavutada töö etteanne ja kiire liikumine. Võib öelda, et numbrilise juhtimisega masinates on CNC-seade nagu "aju", mis annab käske, samas kui servosüsteem on täidesaatev mehhanism, nagu numbrilise juhtimismasina "jäsemed", mis suudavad CNC-seadme liikumiskäsklusi täpselt täita.
Võrreldes tavaliste tööpinkide ajamisüsteemidega on töötlemiskeskuste servosüsteemidel olulisi erinevusi. Need suudavad täpselt juhtida ajamikomponentide liikumiskiirust ja asendit vastavalt käsklustele ning realiseerida liikumistrajektoori, mis on sünteesitud mitme ajamikomponendi abil, mis liiguvad vastavalt teatud reeglitele. See nõuab servosüsteemilt suurt täpsust, stabiilsust ja kiiret reageerimisvõimet.
Kaasaegsetes töötlemiskeskustes mängib servosüsteem olulist rolli. See koosneb servoahelatest, servoajamitest, mehaanilistest ülekandemehhanismidest ja ajamkomponentidest.
Servosüsteemi peamine ülesanne on vastu võtta numbrilise juhtimissüsteemi väljastatud etteandekiiruse ja nihke käsklusi. Esiteks teostab servoajami vooluring nende käskluste teatud teisendamise ja võimsuse võimendamise. Seejärel juhitakse servoajamiseadmete, näiteks astmemootorite, alalisvoolu servomootorite, vahelduvvoolu servomootorite jne ja mehaaniliste ülekandemehhanismide abil tööpingi töölauda ja spindli peatoe, et saavutada töö etteanne ja kiire liikumine. Võib öelda, et numbrilise juhtimisega masinates on CNC-seade nagu "aju", mis annab käske, samas kui servosüsteem on täidesaatev mehhanism, nagu numbrilise juhtimismasina "jäsemed", mis suudavad CNC-seadme liikumiskäsklusi täpselt täita.
Võrreldes tavaliste tööpinkide ajamisüsteemidega on töötlemiskeskuste servosüsteemidel olulisi erinevusi. Need suudavad täpselt juhtida ajamikomponentide liikumiskiirust ja asendit vastavalt käsklustele ning realiseerida liikumistrajektoori, mis on sünteesitud mitme ajamikomponendi abil, mis liiguvad vastavalt teatud reeglitele. See nõuab servosüsteemilt suurt täpsust, stabiilsust ja kiiret reageerimisvõimet.
II. Servosüsteemidele esitatavad nõuded
- Suur täpsus
Numbrilise juhtimisega masinad töötlevad automaatselt vastavalt etteantud programmile. Seetõttu peab suure täpsusega ja kvaliteetsete toorikute töötlemiseks servosüsteemil endal olema suur täpsus. Üldiselt peaks täpsus ulatuma mikronini. Seda seetõttu, et tänapäevases tootmises muutuvad toorikute täpsusnõuded üha kõrgemaks. Eriti sellistes valdkondades nagu lennundus, autotööstus ja elektroonikaseadmed võib isegi väike viga kaasa tuua tõsiseid tagajärgi.
Ülitäpse juhtimise saavutamiseks peab servosüsteem kasutama täiustatud anduritehnoloogiaid, näiteks kodeerijaid ja võrejoonlaudu, et jälgida reaalajas ajamikomponentide asukohta ja kiirust. Samal ajal peab servoajamil olema ka ülitäpne juhtimisalgoritm, et mootori kiirust ja pöördemomenti täpselt juhtida. Lisaks mõjutab servosüsteemi täpsust oluliselt ka mehaanilise ülekandemehhanismi täpsus. Seetõttu on töötlemiskeskuste projekteerimisel ja tootmisel vaja valida ülitäpsed ülekandekomponendid, näiteks kuulkruvid ja lineaarjuhikud, et tagada servosüsteemi täpsusnõuded. - Kiire reageerimiskiirus
Kiire reageering on üks servosüsteemi dünaamilise kvaliteedi olulisi märke. See eeldab, et servosüsteemil on käsusignaalile järgnev väike jälgimisviga ning kiire reageering ja hea stabiilsus. Täpsemalt öeldes on nõutav, et süsteem suudaks pärast antud sisendit saavutada või taastada algse stabiilse oleku lühikese aja jooksul, tavaliselt 200 ms või isegi kümnete millisekundite jooksul.
Kiire reageerimisvõime mõjutab oluliselt töötlemiskeskuste töötlemise efektiivsust ja töötlemiskvaliteeti. Kiire töötlemise korral on tööriista ja tooriku vaheline kokkupuuteaeg väga lühike. Servosüsteem peab suutma kiiresti reageerida käsklussignaalile ning reguleerida tööriista asendit ja kiirust, et tagada töötlemise täpsus ja pinnakvaliteet. Samal ajal peab keeruka kujuga toorikute töötlemisel servosüsteem suutma kiiresti reageerida käsklussignaalide muutustele ja realiseerima mitmeteljelise ühenduse juhtimist, et tagada töötlemise täpsus ja efektiivsus.
Servosüsteemi kiire reageerimisvõime parandamiseks on vaja kasutusele võtta suure jõudlusega servoajamid ja juhtimisalgoritmid. Näiteks kiire reageerimiskiiruse, suure pöördemomendi ja laia kiiruse reguleerimisvahemikuga vahelduvvoolu servomootorid suudavad täita töötlemiskeskuste kiire töötlemise nõudeid. Samal ajal saab täiustatud juhtimisalgoritmide, näiteks PID-juhtimise, hägusa juhtimise ja närvivõrgu juhtimise kasutuselevõtt parandada servosüsteemi reageerimiskiirust ja stabiilsust. - Suur kiiruse reguleerimise vahemik
Erinevate lõikeriistade, toorikumaterjalide ja töötlemisnõuete tõttu peab servosüsteemil olema piisav kiiruse reguleerimise vahemik, et tagada numbrilise juhtimisega masinate parimad lõiketingimused mis tahes tingimustes. See suudab rahuldada nii kiire töötlemise kui ka väikese kiirusega etteande nõudeid.
Kiire töötlemise korral peab servosüsteem suutma pakkuda suurt kiirust ja kiirendust, et parandada töötlemise efektiivsust. Madala kiirusega söötmise korral peab servosüsteem suutma pakkuda stabiilset pöördemomenti madalal kiirusel, et tagada töötlemise täpsus ja pinna kvaliteet. Seetõttu peab servosüsteemi kiiruse reguleerimise vahemik üldiselt ulatuma mitme tuhande või isegi kümnete tuhandete pööreteni minutis.
Laia kiiruse reguleerimise vahemiku saavutamiseks on vaja kasutada suure jõudlusega servoajameid ja kiiruse reguleerimise meetodeid. Näiteks vahelduvvoolu muudetava sagedusega kiiruse reguleerimise tehnoloogia abil saab saavutada mootori astmevaba kiiruse reguleerimise laia kiiruse reguleerimise vahemiku, kõrge efektiivsuse ja hea töökindlusega. Samal ajal saab täiustatud juhtimisalgoritmide, näiteks vektorjuhtimise ja otsese pöördemomendi juhtimise abil parandada mootori kiiruse reguleerimise jõudlust ja efektiivsust. - Kõrge töökindlus
Numbrilise juhtimisega masinate töökiirus on väga kõrge ja need töötavad sageli pidevalt 24 tundi. Seetõttu peavad nad töötama usaldusväärselt. Süsteemi töökindlus põhineb sageli riketevaheliste ajavahemike pikkuse keskmisel väärtusel, st keskmisel rikkevabal ajal. Mida pikem see aeg on, seda parem.
Servosüsteemi töökindluse parandamiseks on vaja kasutada kvaliteetseid komponente ja täiustatud tootmisprotsesse. Samal ajal on vaja servosüsteemi ranget testimist ja kvaliteedikontrolli, et tagada selle stabiilne ja usaldusväärne jõudlus. Lisaks tuleb süsteemi rikketaluvuse ja rikkediagnostika võimekuse parandamiseks kasutusele võtta redundantsed projekteerimis- ja rikkediagnostika tehnoloogiad, et rikke korral saaks seda õigeaegselt parandada ja tagada töötlemiskeskuse normaalne töö. - Suur pöördemoment madalal kiirusel
Numbrilise juhtimisega masinad teostavad sageli rasket lõikamist madalatel kiirustel. Seetõttu peab etteande servosüsteemil olema madalatel kiirustel suur pöördemoment, et täita lõikeprotsessi nõudeid.
Raske lõikamise ajal on tööriista ja tooriku vaheline lõikejõud väga suur. Servosüsteem peab suutma pakkuda piisavat pöördemomenti, et ületada lõikejõud ja tagada töötlemise sujuv edenemine. Madala kiiruse ja suure pöördemomendi väljundi saavutamiseks tuleb kasutada suure jõudlusega servoajameid ja mootoreid. Näiteks püsimagnetiga sünkroonmootorite kasutamine, millel on suur pöördemomendi tihedus, kõrge efektiivsus ja hea töökindlus, suudab täita töötlemiskeskuste madala kiiruse ja suure pöördemomendi nõudeid. Samal ajal saab täiustatud juhtimisalgoritmide, näiteks otsese pöördemomendi juhtimise, kasutuselevõtt parandada mootori pöördemomendi väljundvõimet ja efektiivsust.
Kokkuvõtteks võib öelda, et töötlemiskeskuste servosüsteem on arvjuhtimismasinate oluline osa. Selle jõudlus mõjutab otseselt töötlemiskeskuste töötlemise täpsust, efektiivsust ja töökindlust. Seetõttu tuleb töötlemiskeskuste projekteerimisel ja tootmisel täielikult arvestada servosüsteemi koostise ja nõuetega ning valida täiustatud tehnoloogiad ja seadmed, et parandada servosüsteemi jõudlust ja kvaliteeti ning vastata tänapäevase tootmise arenguvajadustele.