„A megmunkálóközpontok szervorendszerének összetételének és követelményeinek részletes magyarázata”
I. Megmunkálóközpontok szervorendszerének felépítése
A modern megmunkálóközpontokban a szervorendszer kulcsszerepet játszik. Szervo áramkörökből, szervohajtásokból, mechanikus átviteli mechanizmusokból és működtető alkatrészekből áll.
A szervorendszer fő funkciója a numerikus vezérlőrendszer által kiadott előtolási sebesség- és elmozdulásparancs-jelek fogadása. Először a szervohajtás áramköre bizonyos átalakítást és teljesítményerősítést hajt végre ezeken a parancsjeleken. Ezután szervohajtású eszközökön, például léptetőmotorokon, egyenáramú szervomotorokon, váltakozó áramú szervomotorokon stb., valamint mechanikus erőátviteli mechanizmusokon keresztül a működtető alkatrészeket, például a szerszámgép munkaasztalát és orsóorsóját hajtják meg a munkadarab-előtolás és a gyors mozgás elérése érdekében. Elmondható, hogy a numerikus vezérlőgépekben a CNC-eszköz olyan, mint az „agy”, amely parancsokat ad ki, míg a szervorendszer a végrehajtó mechanizmus, mint a numerikus vezérlőgép „végtagjai”, és pontosan képes végrehajtani a CNC-eszköz mozgásparancsait.
Az általános szerszámgépek hajtásrendszereivel összehasonlítva a megmunkálóközpontok szervorendszere lényeges különbségeket mutat. Parancsjeleknek megfelelően pontosan képes szabályozni a működtető elemek mozgási sebességét és pozícióját, és több, bizonyos szabályok szerint mozgó működtető elem által szintetizált mozgási pályát képes megvalósítani. Ehhez a szervorendszernek nagyfokú pontossággal, stabilitással és gyors reagálási képességgel kell rendelkeznie.
A modern megmunkálóközpontokban a szervorendszer kulcsszerepet játszik. Szervo áramkörökből, szervohajtásokból, mechanikus átviteli mechanizmusokból és működtető alkatrészekből áll.
A szervorendszer fő funkciója a numerikus vezérlőrendszer által kiadott előtolási sebesség- és elmozdulásparancs-jelek fogadása. Először a szervohajtás áramköre bizonyos átalakítást és teljesítményerősítést hajt végre ezeken a parancsjeleken. Ezután szervohajtású eszközökön, például léptetőmotorokon, egyenáramú szervomotorokon, váltakozó áramú szervomotorokon stb., valamint mechanikus erőátviteli mechanizmusokon keresztül a működtető alkatrészeket, például a szerszámgép munkaasztalát és orsóorsóját hajtják meg a munkadarab-előtolás és a gyors mozgás elérése érdekében. Elmondható, hogy a numerikus vezérlőgépekben a CNC-eszköz olyan, mint az „agy”, amely parancsokat ad ki, míg a szervorendszer a végrehajtó mechanizmus, mint a numerikus vezérlőgép „végtagjai”, és pontosan képes végrehajtani a CNC-eszköz mozgásparancsait.
Az általános szerszámgépek hajtásrendszereivel összehasonlítva a megmunkálóközpontok szervorendszere lényeges különbségeket mutat. Parancsjeleknek megfelelően pontosan képes szabályozni a működtető elemek mozgási sebességét és pozícióját, és több, bizonyos szabályok szerint mozgó működtető elem által szintetizált mozgási pályát képes megvalósítani. Ehhez a szervorendszernek nagyfokú pontossággal, stabilitással és gyors reagálási képességgel kell rendelkeznie.
II. Szervorendszerekre vonatkozó követelmények
- Nagy pontosságú
A numerikus vezérlésű gépek automatikusan dolgoznak fel egy előre meghatározott program szerint. Ezért a nagy pontosságú és kiváló minőségű munkadarabok megmunkálásához magának a szervorendszernek is nagy pontosságúnak kell lennie. Általánosságban elmondható, hogy a pontosságnak el kell érnie a mikronos szintet. Ez azért van, mert a modern gyártásban a munkadarabokkal szembeni pontossági követelmények egyre magasabbak. Különösen olyan területeken, mint a repülőgépipar, az autóipar és az elektronikus berendezések, már egy kis hiba is súlyos következményekkel járhat.
A nagy pontosságú vezérlés eléréséhez a szervorendszernek fejlett érzékelőtechnológiákat, például kódolókat és rácsvonalzókat kell alkalmaznia a működtető alkatrészek helyzetének és sebességének valós idejű monitorozásához. Ugyanakkor a szervohajtású eszköznek nagy pontosságú vezérlőalgoritmussal is rendelkeznie kell a motor sebességének és nyomatékának pontos szabályozásához. Ezenkívül a mechanikus átviteli mechanizmus pontossága is fontos hatással van a szervorendszer pontosságára. Ezért a megmunkálóközpontok tervezése és gyártása során nagy pontosságú átviteli alkatrészeket, például golyósorsókat és lineáris vezetőket kell választani a szervorendszer pontossági követelményeinek biztosítása érdekében. - Gyors válaszidő
A gyors válaszidő a szervorendszer dinamikus minőségének egyik fontos jele. Ez megköveteli, hogy a szervorendszer a parancsjelet követően kis követési hibával rendelkezzen, valamint gyors válaszidővel és jó stabilitással rendelkezzen. Konkrétan az a követelmény, hogy egy adott bemenet után a rendszer rövid időn belül, általában 200 ms-on vagy akár több tucat milliszekundumon belül elérje vagy visszaállítsa az eredeti stabil állapotot.
A gyors reagálási képesség fontos hatással van a megmunkálóközpontok feldolgozási hatékonyságára és minőségére. Nagysebességű megmunkálásnál a szerszám és a munkadarab közötti érintkezési idő nagyon rövid. A szervorendszernek képesnek kell lennie arra, hogy gyorsan reagáljon a parancsjelre, és beállítsa a szerszám helyzetét és sebességét a feldolgozási pontosság és a felületi minőség biztosítása érdekében. Ugyanakkor összetett alakú munkadarabok feldolgozásakor a szervorendszernek képesnek kell lennie arra, hogy gyorsan reagáljon a parancsjelek változásaira, és többtengelyes összeköttetés-vezérlést valósítson meg a feldolgozási pontosság és hatékonyság biztosítása érdekében.
A szervorendszer gyors reagálási képességének javítása érdekében nagy teljesítményű szervohajtásokat és vezérlőalgoritmusokat kell alkalmazni. Például a gyors reagálási sebességgel, nagy nyomatékkal és széles fordulatszám-szabályozási tartománnyal rendelkező AC szervomotorok használata kielégítheti a megmunkálóközpontok nagysebességű megmunkálási követelményeit. Ugyanakkor a fejlett vezérlőalgoritmusok, például a PID-szabályozás, a fuzzy szabályozás és a neurális hálózati vezérlés alkalmazása javíthatja a szervorendszer válaszsebességét és stabilitását. - Nagy sebességszabályozási tartomány
A különböző forgácsolószerszámok, munkadarab-anyagok és feldolgozási követelmények miatt a numerikus vezérlésű gépek bármilyen körülmények között a legjobb forgácsolási feltételeket érhetik el, ezért a szervorendszernek megfelelő sebességszabályozási tartománnyal kell rendelkeznie. Mind a nagysebességű megmunkálási, mind az alacsony sebességű előtolási követelményeket ki kell elégítenie.
Nagysebességű megmunkálásnál a szervorendszernek képesnek kell lennie nagy sebesség és gyorsulás biztosítására a feldolgozási hatékonyság javítása érdekében. Alacsony sebességű előtolásnál a szervorendszernek képesnek kell lennie stabil alacsony fordulatszámú nyomaték biztosítására a feldolgozási pontosság és a felületi minőség biztosítása érdekében. Ezért a szervorendszer sebességszabályozási tartományának általában el kell érnie a percenkénti több ezer vagy akár tízezer fordulatot.
A széles fordulatszám-szabályozási tartomány eléréséhez nagy teljesítményű szervohajtásokat és fordulatszám-szabályozási módszereket kell alkalmazni. Például az AC változtatható frekvenciájú fordulatszám-szabályozási technológia fokozatmentes motorfordulatszám-szabályozást tesz lehetővé széles fordulatszám-szabályozási tartománnyal, nagy hatásfokkal és jó megbízhatósággal. Ugyanakkor a fejlett szabályozási algoritmusok, mint például a vektorvezérlés és a közvetlen nyomatékszabályozás alkalmazása javíthatja a motor fordulatszám-szabályozási teljesítményét és hatékonyságát. - Nagy megbízhatóság
A numerikus vezérlésű gépek működési sebessége nagyon magas, és gyakran 24 órán keresztül folyamatosan működnek. Ezért megbízhatóan kell működniük. A rendszer megbízhatósága gyakran a hibák közötti időtartamok hosszának átlagértékén, azaz a meghibásodás nélküli átlagos időtartamon alapul. Minél hosszabb ez az idő, annál jobb.
A szervorendszer megbízhatóságának javítása érdekében kiváló minőségű alkatrészeket és fejlett gyártási folyamatokat kell alkalmazni. Ugyanakkor a szervorendszer szigorú tesztelésére és minőségellenőrzésére van szükség a stabil és megbízható teljesítmény biztosítása érdekében. Ezenkívül redundáns tervezési és hibadiagnosztikai technológiákat kell alkalmazni a rendszer hibatűrésének és hibadiagnosztikai képességeinek javítása érdekében, hogy a hiba időben javítható legyen, és biztosítható legyen a megmunkálóközpont normál működése. - Nagy nyomaték alacsony fordulatszámon
A numerikus vezérlésű gépek gyakran végeznek nehéz forgácsolást alacsony sebességen. Ezért az adagoló szervorendszernek nagy nyomatékkimenettel kell rendelkeznie alacsony sebességen, hogy megfeleljen a forgácsolási feldolgozás követelményeinek.
Nehéz forgácsolás során a szerszám és a munkadarab közötti forgácsolóerő nagyon nagy. A szervorendszernek képesnek kell lennie elegendő nyomaték leadására a forgácsolóerő leküzdéséhez és a megmunkálás zökkenőmentes lebonyolításához. Az alacsony fordulatszámú, nagy nyomatékú kimenet eléréséhez nagy teljesítményű szervohajtásokat és motorokat kell alkalmazni. Például az állandó mágneses szinkronmotorok használata, amelyek nagy nyomatéksűrűséggel, nagy hatásfokkal és jó megbízhatósággal rendelkeznek, kielégítheti a megmunkálóközpontok alacsony fordulatszámú, nagy nyomatékú követelményeit. Ugyanakkor a fejlett vezérlőalgoritmusok, például a közvetlen nyomatékszabályozás alkalmazása javíthatja a motor nyomatékkimeneti képességét és hatékonyságát.
Összefoglalva, a megmunkálóközpontok szervorendszere a numerikus vezérlésű gépek fontos része. Teljesítménye közvetlenül befolyásolja a megmunkálóközpontok feldolgozási pontosságát, hatékonyságát és megbízhatóságát. Ezért a megmunkálóközpontok tervezése és gyártása során teljes mértékben figyelembe kell venni a szervorendszer összetételét és követelményeit, és fejlett technológiákat és berendezéseket kell választani a szervorendszer teljesítményének és minőségének javítása, valamint a modern gyártás fejlesztési igényeinek kielégítése érdekében.