„Ítarleg útskýring á samsetningu og kröfum servókerfa fyrir vinnslustöðvar“
I. Samsetning servókerfis fyrir vinnslustöðvar
Í nútíma vinnslustöðvum gegnir servókerfið lykilhlutverki. Það samanstendur af servórásum, servódrifbúnaði, vélrænum gírskiptingum og stýribúnaði.
Meginhlutverk servókerfisins er að taka á móti skipunum um fóðrunarhraða og tilfærslu sem tölulegt stýrikerfi gefur út. Fyrst mun servódrifrásin framkvæma ákveðna umbreytingu og aflmögnun á þessum skipanamerkjum. Síðan, með servódrifbúnaði eins og skrefmótorum, jafnstraumsservómótorum, riðstraumsservómótorum o.s.frv., og vélrænum gírskiptingum, eru stýribúnaðir eins og vinnuborð vélarinnar og spindilshaus knúnir áfram til að ná fram vinnufóðri og hraðri hreyfingu. Má segja að í tölulegum stýrivélum sé CNC tækið eins og „heilinn“ sem gefur út skipanir, en servókerfið er framkvæmdakerfið, eins og „limir“ tölulegu stýrivélarinnar, og getur framkvæmt hreyfingarskipanir frá CNC tækinu nákvæmlega.
Servókerfi vinnslumiðstöðva eru verulega ólíkt drifkerfum almennra véla. Það getur stjórnað hreyfingarhraða og staðsetningu stýrieininga nákvæmlega samkvæmt skipanamerkjum og getur framkvæmt hreyfingarferil sem myndast með því að nokkrir stýrieiningar hreyfast samkvæmt ákveðnum reglum. Þetta krefst þess að servokerfið hafi mikla nákvæmni, stöðugleika og skjót viðbragðsgetu.
Í nútíma vinnslustöðvum gegnir servókerfið lykilhlutverki. Það samanstendur af servórásum, servódrifbúnaði, vélrænum gírskiptingum og stýribúnaði.
Meginhlutverk servókerfisins er að taka á móti skipunum um fóðrunarhraða og tilfærslu sem tölulegt stýrikerfi gefur út. Fyrst mun servódrifrásin framkvæma ákveðna umbreytingu og aflmögnun á þessum skipanamerkjum. Síðan, með servódrifbúnaði eins og skrefmótorum, jafnstraumsservómótorum, riðstraumsservómótorum o.s.frv., og vélrænum gírskiptingum, eru stýribúnaðir eins og vinnuborð vélarinnar og spindilshaus knúnir áfram til að ná fram vinnufóðri og hraðri hreyfingu. Má segja að í tölulegum stýrivélum sé CNC tækið eins og „heilinn“ sem gefur út skipanir, en servókerfið er framkvæmdakerfið, eins og „limir“ tölulegu stýrivélarinnar, og getur framkvæmt hreyfingarskipanir frá CNC tækinu nákvæmlega.
Servókerfi vinnslumiðstöðva eru verulega ólíkt drifkerfum almennra véla. Það getur stjórnað hreyfingarhraða og staðsetningu stýrieininga nákvæmlega samkvæmt skipanamerkjum og getur framkvæmt hreyfingarferil sem myndast með því að nokkrir stýrieiningar hreyfast samkvæmt ákveðnum reglum. Þetta krefst þess að servokerfið hafi mikla nákvæmni, stöðugleika og skjót viðbragðsgetu.
II. Kröfur um servókerfi
- Mikil nákvæmni
Tölulegar stýrivélar vinna sjálfkrafa samkvæmt fyrirfram ákveðnu forriti. Þess vegna, til að vinna úr hágæða og hágæða vinnustykkjum, verður servókerfið sjálft að vera mjög nákvæmt. Almennt séð ætti nákvæmnin að ná míkronstigi. Þetta er vegna þess að í nútíma framleiðslu eru nákvæmniskröfur fyrir vinnustykkjum sífellt að verða hærri og hærri. Sérstaklega á sviðum eins og flug- og geimferðaiðnaði, bílaiðnaði og rafeindabúnaði getur jafnvel lítil villa leitt til alvarlegra afleiðinga.
Til að ná fram nákvæmri stjórnun þarf servókerfið að nota háþróaða skynjaratækni eins og kóðara og rifjastikur til að fylgjast með stöðu og hraða virkjaðra íhluta í rauntíma. Á sama tíma þarf servódrifbúnaðurinn einnig að hafa nákvæma stjórnunarreiknirit til að stjórna hraða og togi mótorsins nákvæmlega. Að auki hefur nákvæmni vélræns gírkassa einnig mikilvæg áhrif á nákvæmni servókerfisins. Þess vegna er nauðsynlegt að velja nákvæma gírkassa íhluti eins og kúluskrúfur og línulegar leiðbeiningar við hönnun og framleiðslu á vinnslustöðvum til að tryggja nákvæmniskröfur servókerfisins. - Hröð svörun
Hröð svörun er eitt mikilvægasta einkenni hreyfieiginleika servókerfisins. Það krefst þess að servókerfið hafi lítið fylgisvillu eftir skipunarmerkið, hraðsvörun og góða stöðugleika. Sérstaklega er krafist þess að kerfið geti náð eða endurheimt upprunalegt stöðugt ástand á stuttum tíma eftir að gefið er inntak, almennt innan 200 ms eða jafnvel tugi millisekúndna.
Hröð viðbrögð hafa mikil áhrif á vinnsluhagkvæmni og vinnslugæði vinnslumiðstöðva. Í hraðvinnslu er snertitíminn milli verkfærisins og vinnustykkisins mjög stuttur. Servókerfið þarf að geta brugðist hratt við skipunarmerkjum og aðlagað staðsetningu og hraða verkfærisins til að tryggja nákvæmni vinnslunnar og yfirborðsgæði. Á sama tíma, þegar unnið er með flókin form, þarf servokerfið að geta brugðist hratt við breytingum á skipunarmerkjum og innleitt fjölása tengistýringu til að tryggja nákvæmni og skilvirkni vinnslunnar.
Til að bæta hraða svörunargetu servókerfisins þarf að nota afkastamikla servódrifbúnað og stjórnunarreiknirit. Til dæmis getur notkun AC servómótora, sem hafa hraða svörunarhraða, stórt tog og breitt hraðastillingarsvið, uppfyllt kröfur vinnslumiðstöðva um hraða vinnslu. Á sama tíma getur notkun háþróaðra stjórnunarreiknirita eins og PID-stýringar, fuzzy-stýringar og tauganetstýringar bætt svörunarhraða og stöðugleika servókerfisins. - Stórt hraðastillingarsvið
Vegna mismunandi skurðarverkfæra, efnis í vinnustykki og vinnslukrafna, til að tryggja að tölulegar stýrivélar geti náð bestu skurðarskilyrðum við allar aðstæður, verður servókerfið að hafa nægilegt hraðastillingarsvið. Það getur uppfyllt bæði kröfur um háhraða vinnslu og lághraða fóðrun.
Í hraðvinnslu þarf servókerfið að geta veitt mikinn hraða og hröðun til að bæta vinnsluhagkvæmni. Í lághraðafóðrun þarf servókerfið að geta veitt stöðugt tog við lágan hraða til að tryggja nákvæmni vinnslunnar og yfirborðsgæði. Þess vegna þarf hraðastillingarsvið servókerfisins almennt að ná nokkrum þúsundum eða jafnvel tugum þúsunda snúninga á mínútu.
Til að ná fram stóru hraðastillingarsviði þarf að nota afkastamikla servóakstursbúnaði og hraðastillingaraðferðir. Til dæmis er hægt að ná fram þrepalausri hraðastillingu mótorsins með því að nota AC breytilega tíðnihraðastillingartækni, sem gefur breitt hraðastillingarsvið, mikla skilvirkni og góða áreiðanleika. Á sama tíma getur notkun háþróaðra stjórnunarreiknirita eins og vigurstýringar og beinnar togstýringar bætt afköst og skilvirkni hraðastillingar mótorsins. - Mikil áreiðanleiki
Rekstrarhraði tölulegra stýrivéla er mjög mikill og þær vinna oft samfellt í 24 klukkustundir. Þess vegna er krafist að þær virki áreiðanlega. Áreiðanleiki kerfisins byggist oft á meðalgildi lengdar tímabila milli bilana, það er meðaltíma án bilana. Því lengri sem þessi tími er, því betra.
Til að bæta áreiðanleika servókerfisins þarf að innleiða hágæða íhluti og háþróaða framleiðsluferla. Á sama tíma þarf að framkvæma strangar prófanir og gæðaeftirlit með servókerfinu til að tryggja stöðuga og áreiðanlega frammistöðu þess. Að auki þarf að innleiða afritunarhönnun og bilanagreiningartækni til að bæta bilanaþol og bilanagreiningargetu kerfisins svo hægt sé að gera við það í tæka tíð þegar bilun kemur upp og tryggja eðlilega virkni vinnslustöðvarinnar. - Stórt tog við lágan hraða
Tölustýrðar vélar framkvæma oft mikla skurði við lágan hraða. Þess vegna þarf fóðrunarservókerfið að hafa mikið togkraft við lágan hraða til að uppfylla kröfur skurðarvinnslunnar.
Við mikla skurð er skurðkrafturinn milli verkfærisins og vinnustykkisins mjög mikill. Servókerfið þarf að geta veitt nægilegt tog til að yfirstíga skurðkraftinn og tryggja jafna framvindu vinnslunnar. Til að ná fram lághraða og háu togi þarf að nota afkastamikla servódrifbúnað og mótora. Til dæmis getur notkun á samstilltum mótorum með varanlegum seglum, sem hafa mikla togþéttleika, mikla skilvirkni og góða áreiðanleika, uppfyllt kröfur vinnslumiðstöðva um háa togi við lághraða. Á sama tíma getur notkun háþróaðra stjórnunarreiknirita eins og beinna togstýringar bætt toggetu og skilvirkni mótorsins.
Að lokum má segja að servókerfi vinnslumiðstöðva sé mikilvægur hluti af tölulegum stýrivélum. Afköst þess hafa bein áhrif á nákvæmni, skilvirkni og áreiðanleika vinnslumiðstöðva. Þess vegna þarf að taka samsetningu og kröfur servókerfisins til greina við hönnun og framleiðslu vinnslumiðstöðva og velja háþróaða tækni og búnað til að bæta afköst og gæði servókerfisins og uppfylla þróunarþarfir nútíma framleiðslu.