“Giải thích chi tiết về thành phần và yêu cầu của hệ thống Servo cho trung tâm gia công”
I. Cấu tạo hệ thống servo cho trung tâm gia công
Trong các trung tâm gia công hiện đại, hệ thống servo đóng vai trò vô cùng quan trọng. Nó bao gồm các mạch servo, thiết bị truyền động servo, cơ cấu truyền động cơ học và các bộ phận truyền động.
Chức năng chính của hệ thống servo là tiếp nhận các tín hiệu lệnh về tốc độ tiến dao và dịch chuyển do hệ thống điều khiển số phát ra. Đầu tiên, mạch điều khiển servo sẽ thực hiện một số chuyển đổi và khuếch đại công suất trên các tín hiệu lệnh này. Sau đó, thông qua các thiết bị điều khiển servo như động cơ bước, động cơ servo DC, động cơ servo AC, v.v. và cơ cấu truyền động cơ học, các bộ phận truyền động như bàn làm việc và đầu trục chính của máy công cụ được điều khiển để đạt được tốc độ tiến dao và chuyển động nhanh. Có thể nói, trong các máy điều khiển số, thiết bị CNC giống như "bộ não" đưa ra lệnh, trong khi hệ thống servo là cơ cấu điều hành, giống như "các chi" của máy điều khiển số, có thể thực hiện chính xác các lệnh chuyển động từ thiết bị CNC.
So với hệ thống truyền động của máy công cụ thông thường, hệ thống servo của trung tâm gia công có những điểm khác biệt cơ bản. Nó có thể điều khiển chính xác tốc độ chuyển động và vị trí của các bộ phận truyền động theo tín hiệu lệnh, và có thể thực hiện quỹ đạo chuyển động được tổng hợp bởi nhiều bộ phận truyền động theo các quy tắc nhất định. Điều này đòi hỏi hệ thống servo phải có độ chính xác, độ ổn định và khả năng phản ứng nhanh cao.
Trong các trung tâm gia công hiện đại, hệ thống servo đóng vai trò vô cùng quan trọng. Nó bao gồm các mạch servo, thiết bị truyền động servo, cơ cấu truyền động cơ học và các bộ phận truyền động.
Chức năng chính của hệ thống servo là tiếp nhận các tín hiệu lệnh về tốc độ tiến dao và dịch chuyển do hệ thống điều khiển số phát ra. Đầu tiên, mạch điều khiển servo sẽ thực hiện một số chuyển đổi và khuếch đại công suất trên các tín hiệu lệnh này. Sau đó, thông qua các thiết bị điều khiển servo như động cơ bước, động cơ servo DC, động cơ servo AC, v.v. và cơ cấu truyền động cơ học, các bộ phận truyền động như bàn làm việc và đầu trục chính của máy công cụ được điều khiển để đạt được tốc độ tiến dao và chuyển động nhanh. Có thể nói, trong các máy điều khiển số, thiết bị CNC giống như "bộ não" đưa ra lệnh, trong khi hệ thống servo là cơ cấu điều hành, giống như "các chi" của máy điều khiển số, có thể thực hiện chính xác các lệnh chuyển động từ thiết bị CNC.
So với hệ thống truyền động của máy công cụ thông thường, hệ thống servo của trung tâm gia công có những điểm khác biệt cơ bản. Nó có thể điều khiển chính xác tốc độ chuyển động và vị trí của các bộ phận truyền động theo tín hiệu lệnh, và có thể thực hiện quỹ đạo chuyển động được tổng hợp bởi nhiều bộ phận truyền động theo các quy tắc nhất định. Điều này đòi hỏi hệ thống servo phải có độ chính xác, độ ổn định và khả năng phản ứng nhanh cao.
II. Yêu cầu đối với hệ thống servo
- Độ chính xác cao
Máy điều khiển số xử lý tự động theo chương trình được lập trình sẵn. Do đó, để gia công các chi tiết có độ chính xác và chất lượng cao, bản thân hệ thống servo phải có độ chính xác cao. Nhìn chung, độ chính xác phải đạt đến cấp độ micron. Điều này là do trong sản xuất hiện đại, yêu cầu về độ chính xác đối với chi tiết ngày càng cao. Đặc biệt trong các lĩnh vực như hàng không vũ trụ, sản xuất ô tô và thiết bị điện tử, ngay cả một lỗi nhỏ cũng có thể dẫn đến hậu quả nghiêm trọng.
Để đạt được độ chính xác cao trong điều khiển, hệ thống servo cần áp dụng các công nghệ cảm biến tiên tiến như bộ mã hóa và thước đo tốc độ để theo dõi vị trí và tốc độ của các bộ phận truyền động theo thời gian thực. Đồng thời, thiết bị truyền động servo cũng cần có thuật toán điều khiển có độ chính xác cao để kiểm soát chính xác tốc độ và mô-men xoắn của động cơ. Ngoài ra, độ chính xác của cơ cấu truyền động cơ học cũng có tác động quan trọng đến độ chính xác của hệ thống servo. Do đó, khi thiết kế và chế tạo trung tâm gia công, cần lựa chọn các bộ phận truyền động có độ chính xác cao như vít me bi và thanh dẫn hướng tuyến tính để đảm bảo yêu cầu về độ chính xác của hệ thống servo. - Phản ứng tốc độ nhanh
Phản ứng nhanh là một trong những dấu hiệu quan trọng đánh giá chất lượng động của hệ thống servo. Điều này đòi hỏi hệ thống servo phải có sai số nhỏ khi nhận tín hiệu lệnh, đồng thời có phản ứng nhanh và độ ổn định tốt. Cụ thể, sau một tín hiệu đầu vào nhất định, hệ thống phải đạt hoặc khôi phục trạng thái ổn định ban đầu trong thời gian ngắn, thường là trong vòng 200ms hoặc thậm chí vài chục mili giây.
Khả năng phản hồi nhanh có tác động quan trọng đến hiệu quả gia công và chất lượng gia công của trung tâm gia công. Trong gia công tốc độ cao, thời gian tiếp xúc giữa dụng cụ và phôi rất ngắn. Hệ thống servo cần có khả năng phản hồi nhanh chóng với tín hiệu lệnh và điều chỉnh vị trí và tốc độ của dụng cụ để đảm bảo độ chính xác gia công và chất lượng bề mặt. Đồng thời, khi gia công các phôi có hình dạng phức tạp, hệ thống servo cần có khả năng phản hồi nhanh chóng với sự thay đổi của tín hiệu lệnh và thực hiện điều khiển liên kết đa trục để đảm bảo độ chính xác và hiệu quả gia công.
Để cải thiện khả năng phản ứng nhanh của hệ thống servo, cần áp dụng các thiết bị truyền động servo và thuật toán điều khiển hiệu suất cao. Ví dụ, sử dụng động cơ servo AC với tốc độ phản ứng nhanh, mô-men xoắn lớn và phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng có thể đáp ứng các yêu cầu gia công tốc độ cao của các trung tâm gia công. Đồng thời, việc áp dụng các thuật toán điều khiển tiên tiến như điều khiển PID, điều khiển mờ và điều khiển mạng nơ-ron có thể cải thiện tốc độ phản ứng và tính ổn định của hệ thống servo. - Phạm vi điều chỉnh tốc độ lớn
Do dụng cụ cắt, vật liệu phôi và yêu cầu gia công khác nhau, để đảm bảo máy điều khiển số có thể đạt được điều kiện cắt tốt nhất trong mọi trường hợp, hệ thống servo phải có phạm vi điều chỉnh tốc độ đủ rộng. Nó có thể đáp ứng cả yêu cầu gia công tốc độ cao và yêu cầu cấp liệu tốc độ thấp.
Trong gia công tốc độ cao, hệ thống servo cần có khả năng cung cấp tốc độ và gia tốc cao để cải thiện hiệu quả xử lý. Trong khi cấp liệu tốc độ thấp, hệ thống servo cần có khả năng cung cấp mô-men xoắn ổn định ở tốc độ thấp để đảm bảo độ chính xác gia công và chất lượng bề mặt. Do đó, phạm vi điều chỉnh tốc độ của hệ thống servo thường cần đạt tới vài nghìn hoặc thậm chí hàng chục nghìn vòng/phút.
Để đạt được phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng, cần áp dụng các thiết bị truyền động servo hiệu suất cao và phương pháp điều chỉnh tốc độ. Ví dụ, sử dụng công nghệ điều chỉnh tốc độ biến thiên AC có thể thực hiện điều chỉnh tốc độ động cơ vô cấp, với phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng, hiệu suất cao và độ tin cậy tốt. Đồng thời, việc áp dụng các thuật toán điều khiển tiên tiến như điều khiển vector và điều khiển mô-men xoắn trực tiếp có thể cải thiện hiệu suất và hiệu suất điều chỉnh tốc độ của động cơ. - Độ tin cậy cao
Tốc độ hoạt động của máy điều khiển số rất cao, thường xuyên hoạt động liên tục trong 24 giờ. Do đó, chúng đòi hỏi phải hoạt động đáng tin cậy. Độ tin cậy của hệ thống thường dựa trên giá trị trung bình của khoảng thời gian giữa các lần hỏng hóc, tức là thời gian trung bình không xảy ra hỏng hóc. Khoảng thời gian này càng dài càng tốt.
Để nâng cao độ tin cậy của hệ thống servo, cần áp dụng các linh kiện chất lượng cao và quy trình sản xuất tiên tiến. Đồng thời, cần kiểm tra và kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt đối với hệ thống servo để đảm bảo hiệu suất ổn định và đáng tin cậy. Ngoài ra, cần áp dụng công nghệ thiết kế dự phòng và chẩn đoán lỗi để cải thiện khả năng chịu lỗi và chẩn đoán lỗi của hệ thống, từ đó có thể sửa chữa kịp thời khi xảy ra sự cố và đảm bảo trung tâm gia công hoạt động bình thường. - Mô-men xoắn lớn ở tốc độ thấp
Máy điều khiển số thường thực hiện cắt gọt mạnh ở tốc độ thấp. Do đó, hệ thống servo cấp liệu cần có mô-men xoắn lớn ở tốc độ thấp để đáp ứng yêu cầu gia công cắt gọt.
Trong quá trình cắt gọt mạnh, lực cắt giữa dụng cụ và phôi rất lớn. Hệ thống servo cần có khả năng cung cấp mô-men xoắn đủ lớn để thắng lực cắt và đảm bảo quá trình gia công diễn ra trơn tru. Để đạt được công suất mô-men xoắn cao tốc độ thấp, cần sử dụng các thiết bị truyền động servo và động cơ hiệu suất cao. Ví dụ, sử dụng động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu với mật độ mô-men xoắn cao, hiệu suất cao và độ tin cậy tốt có thể đáp ứng yêu cầu mô-men xoắn cao tốc độ thấp của các trung tâm gia công. Đồng thời, việc áp dụng các thuật toán điều khiển tiên tiến như điều khiển mô-men xoắn trực tiếp có thể cải thiện khả năng và hiệu suất đầu ra mô-men xoắn của động cơ.
Tóm lại, hệ thống servo của trung tâm gia công là một bộ phận quan trọng của máy điều khiển số. Hiệu suất của nó ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác gia công, hiệu quả và độ tin cậy của trung tâm gia công. Do đó, khi thiết kế và chế tạo trung tâm gia công, cần xem xét đầy đủ cấu tạo và các yêu cầu của hệ thống servo, đồng thời lựa chọn công nghệ và thiết bị tiên tiến để nâng cao hiệu suất và chất lượng của hệ thống servo, đáp ứng nhu cầu phát triển của sản xuất hiện đại.