“Explicação detalhada da composição e requisitos do sistema servo para centros de usinagem”
I. Composição do servo sistema para centros de usinagem
Nos centros de usinagem modernos, o sistema servo desempenha um papel crucial. Ele é composto por circuitos servo, dispositivos de acionamento servo, mecanismos de transmissão mecânica e componentes de atuação.
A principal função do servossistema é receber os sinais de comando de velocidade de avanço e deslocamento emitidos pelo sistema de controle numérico. Primeiramente, o circuito de acionamento do servo realiza determinadas conversões e amplificações de potência nesses sinais de comando. Em seguida, por meio de dispositivos de acionamento do servo, como motores de passo, servomotores CC, servomotores CA, etc., e mecanismos de transmissão mecânica, os componentes de atuação, como a mesa de trabalho e o cabeçote do fuso da máquina-ferramenta, são acionados para obter avanço de trabalho e movimento rápido. Pode-se dizer que, em máquinas de controle numérico, o dispositivo CNC é como o "cérebro" que emite comandos, enquanto o servossistema é o mecanismo executivo, como os "membros" da máquina de controle numérico, e pode executar com precisão os comandos de movimento do dispositivo CNC.
Comparado aos sistemas de acionamento de máquinas-ferramentas comuns, o sistema servo de centros de usinagem apresenta diferenças essenciais. Ele pode controlar com precisão a velocidade e a posição dos componentes de acionamento de acordo com sinais de comando, e pode realizar a trajetória de movimento sintetizada por vários componentes de acionamento que se movem de acordo com determinadas regras. Isso exige que o sistema servo tenha um alto grau de precisão, estabilidade e capacidade de resposta rápida.
Nos centros de usinagem modernos, o sistema servo desempenha um papel crucial. Ele é composto por circuitos servo, dispositivos de acionamento servo, mecanismos de transmissão mecânica e componentes de atuação.
A principal função do servossistema é receber os sinais de comando de velocidade de avanço e deslocamento emitidos pelo sistema de controle numérico. Primeiramente, o circuito de acionamento do servo realiza determinadas conversões e amplificações de potência nesses sinais de comando. Em seguida, por meio de dispositivos de acionamento do servo, como motores de passo, servomotores CC, servomotores CA, etc., e mecanismos de transmissão mecânica, os componentes de atuação, como a mesa de trabalho e o cabeçote do fuso da máquina-ferramenta, são acionados para obter avanço de trabalho e movimento rápido. Pode-se dizer que, em máquinas de controle numérico, o dispositivo CNC é como o "cérebro" que emite comandos, enquanto o servossistema é o mecanismo executivo, como os "membros" da máquina de controle numérico, e pode executar com precisão os comandos de movimento do dispositivo CNC.
Comparado aos sistemas de acionamento de máquinas-ferramentas comuns, o sistema servo de centros de usinagem apresenta diferenças essenciais. Ele pode controlar com precisão a velocidade e a posição dos componentes de acionamento de acordo com sinais de comando, e pode realizar a trajetória de movimento sintetizada por vários componentes de acionamento que se movem de acordo com determinadas regras. Isso exige que o sistema servo tenha um alto grau de precisão, estabilidade e capacidade de resposta rápida.
II. Requisitos para sistemas servo
- Alta precisão
Máquinas de controle numérico processam automaticamente de acordo com um programa pré-determinado. Portanto, para processar peças de alta precisão e qualidade, o próprio sistema servo deve ter alta precisão. Em geral, a precisão deve atingir o nível de mícron. Isso ocorre porque, na manufatura moderna, os requisitos de precisão para peças de trabalho estão cada vez mais elevados. Especialmente em setores como aeroespacial, fabricação de automóveis e equipamentos eletrônicos, mesmo um pequeno erro pode levar a consequências graves.
Para alcançar um controle de alta precisão, o servossistema precisa adotar tecnologias avançadas de sensores, como encoders e réguas de grade, para monitorar a posição e a velocidade dos componentes de atuação em tempo real. Ao mesmo tempo, o dispositivo de acionamento servo também precisa ter um algoritmo de controle de alta precisão para controlar com precisão a velocidade e o torque do motor. Além disso, a precisão do mecanismo de transmissão mecânica também tem um impacto significativo na precisão do servossistema. Portanto, ao projetar e fabricar centros de usinagem, é necessário selecionar componentes de transmissão de alta precisão, como fusos de esferas e guias lineares, para garantir os requisitos de precisão do servossistema. - Resposta de alta velocidade
A resposta rápida é um dos sinais importantes da qualidade dinâmica do sistema servo. Ela requer que o sistema servo tenha um pequeno erro de seguimento após o sinal de comando, além de uma resposta rápida e boa estabilidade. Especificamente, é necessário que, após uma determinada entrada, o sistema possa atingir ou restaurar o estado estável original em um curto espaço de tempo, geralmente em 200 ms ou mesmo dezenas de milissegundos.
A capacidade de resposta rápida tem um impacto significativo na eficiência e na qualidade do processamento em centros de usinagem. Na usinagem de alta velocidade, o tempo de contato entre a ferramenta e a peça é muito curto. O servossistema precisa ser capaz de responder rapidamente aos sinais de comando e ajustar a posição e a velocidade da ferramenta para garantir a precisão do processamento e a qualidade da superfície. Ao mesmo tempo, ao processar peças com formas complexas, o servossistema precisa ser capaz de responder rapidamente às mudanças nos sinais de comando e realizar o controle de articulação multieixo para garantir a precisão e a eficiência do processamento.
Para melhorar a capacidade de resposta rápida do sistema servo, é necessário adotar dispositivos de acionamento servo de alto desempenho e algoritmos de controle. Por exemplo, o uso de servomotores CA, que possuem alta velocidade de resposta, alto torque e ampla faixa de regulagem de velocidade, pode atender aos requisitos de usinagem de alta velocidade dos centros de usinagem. Ao mesmo tempo, a adoção de algoritmos de controle avançados, como controle PID, controle fuzzy e controle por rede neural, pode melhorar a velocidade de resposta e a estabilidade do sistema servo. - Grande faixa de regulagem de velocidade
Devido às diferentes ferramentas de corte, materiais das peças e requisitos de processamento, para garantir que as máquinas de controle numérico possam obter as melhores condições de corte em todas as circunstâncias, o sistema servo deve ter uma faixa de regulagem de velocidade suficiente. Ele pode atender tanto aos requisitos de usinagem em alta velocidade quanto aos requisitos de avanço em baixa velocidade.
Na usinagem de alta velocidade, o servosistema precisa ser capaz de fornecer alta velocidade e aceleração para melhorar a eficiência do processamento. Já na alimentação de baixa velocidade, o servosistema precisa ser capaz de fornecer torque estável em baixa velocidade para garantir a precisão do processamento e a qualidade da superfície. Portanto, a faixa de regulagem de velocidade do servosistema geralmente precisa atingir vários milhares ou até dezenas de milhares de rotações por minuto.
Para atingir uma ampla faixa de regulação de velocidade, é necessário adotar dispositivos de servoacionamento de alto desempenho e métodos de regulação de velocidade. Por exemplo, o uso da tecnologia de regulação de velocidade de frequência variável CA permite a regulação contínua da velocidade do motor, com ampla faixa de regulação de velocidade, alta eficiência e boa confiabilidade. Ao mesmo tempo, a adoção de algoritmos de controle avançados, como controle vetorial e controle direto de torque, pode melhorar o desempenho e a eficiência da regulação de velocidade do motor. - Alta confiabilidade
A taxa de operação das máquinas de controle numérico é muito alta e elas frequentemente trabalham continuamente por 24 horas. Portanto, elas precisam funcionar de forma confiável. A confiabilidade do sistema geralmente se baseia no valor médio do intervalo de tempo entre falhas, ou seja, o tempo médio sem falhas. Quanto maior esse tempo, melhor.
Para aumentar a confiabilidade do sistema servo, componentes de alta qualidade e processos de fabricação avançados precisam ser adotados. Ao mesmo tempo, testes rigorosos e controle de qualidade do sistema servo são necessários para garantir seu desempenho estável e confiável. Além disso, tecnologias redundantes de projeto e diagnóstico de falhas precisam ser adotadas para melhorar a tolerância a falhas e a capacidade de diagnóstico de falhas do sistema, de modo que ele possa ser reparado a tempo em caso de falha e garantir a operação normal do centro de usinagem. - Grande torque em baixa velocidade
Máquinas de controle numérico frequentemente realizam cortes pesados em baixas velocidades. Portanto, o servosistema de avanço precisa ter um alto torque de saída em baixas velocidades para atender aos requisitos do processamento de corte.
Durante cortes pesados, a força de corte entre a ferramenta e a peça é muito grande. O sistema servo precisa ser capaz de fornecer torque suficiente para superar a força de corte e garantir o andamento suave do processamento. Para atingir saída de alta velocidade e baixa rotação, dispositivos de acionamento e motores de alto desempenho precisam ser adotados. Por exemplo, o uso de motores síncronos de ímã permanente, que possuem alta densidade de torque, alta eficiência e boa confiabilidade, pode atender aos requisitos de alta velocidade e alta rotação dos centros de usinagem. Ao mesmo tempo, a adoção de algoritmos de controle avançados, como o controle direto de torque, pode melhorar a capacidade de saída de torque e a eficiência do motor.
Em conclusão, o sistema servo dos centros de usinagem é uma parte importante das máquinas de controle numérico. Seu desempenho afeta diretamente a precisão, a eficiência e a confiabilidade do processamento dos centros de usinagem. Portanto, ao projetar e fabricar centros de usinagem, a composição e os requisitos do sistema servo precisam ser totalmente considerados, e tecnologias e equipamentos avançados precisam ser selecionados para melhorar o desempenho e a qualidade do sistema servo e atender às necessidades de desenvolvimento da manufatura moderna.