Explicación detallada de la composición y requisitos del servosistema para centros de mecanizado.
I. Composición del servosistema para centros de mecanizado
En los centros de mecanizado modernos, el servosistema desempeña un papel crucial. Está compuesto por servocircuitos, servoaccionamientos, mecanismos de transmisión mecánica y componentes de accionamiento.
La función principal del servosistema es recibir las señales de comando de velocidad de avance y desplazamiento emitidas por el sistema de control numérico. En primer lugar, el circuito del servoaccionamiento realiza la conversión y amplificación de potencia de estas señales de comando. Posteriormente, mediante dispositivos de servoaccionamiento como motores paso a paso, servomotores de CC, servomotores de CA, etc., y mecanismos de transmisión mecánica, se accionan los componentes de accionamiento, como la mesa de trabajo y el cabezal del husillo, para lograr el avance de la pieza y el movimiento rápido. En las máquinas de control numérico, el dispositivo CNC es como el "cerebro" que emite los comandos, mientras que el servosistema es el mecanismo ejecutivo, como las "extremidades" de la máquina de control numérico, y puede ejecutar con precisión los comandos de movimiento del dispositivo CNC.
En comparación con los sistemas de accionamiento de las máquinas herramienta generales, el servosistema de los centros de mecanizado presenta diferencias esenciales. Permite controlar con precisión la velocidad y la posición de los componentes de accionamiento según señales de comando, y permite realizar la trayectoria de movimiento sintetizada por varios componentes de accionamiento que se mueven según ciertas reglas. Esto requiere que el servosistema tenga un alto grado de precisión, estabilidad y capacidad de respuesta rápida.
En los centros de mecanizado modernos, el servosistema desempeña un papel crucial. Está compuesto por servocircuitos, servoaccionamientos, mecanismos de transmisión mecánica y componentes de accionamiento.
La función principal del servosistema es recibir las señales de comando de velocidad de avance y desplazamiento emitidas por el sistema de control numérico. En primer lugar, el circuito del servoaccionamiento realiza la conversión y amplificación de potencia de estas señales de comando. Posteriormente, mediante dispositivos de servoaccionamiento como motores paso a paso, servomotores de CC, servomotores de CA, etc., y mecanismos de transmisión mecánica, se accionan los componentes de accionamiento, como la mesa de trabajo y el cabezal del husillo, para lograr el avance de la pieza y el movimiento rápido. En las máquinas de control numérico, el dispositivo CNC es como el "cerebro" que emite los comandos, mientras que el servosistema es el mecanismo ejecutivo, como las "extremidades" de la máquina de control numérico, y puede ejecutar con precisión los comandos de movimiento del dispositivo CNC.
En comparación con los sistemas de accionamiento de las máquinas herramienta generales, el servosistema de los centros de mecanizado presenta diferencias esenciales. Permite controlar con precisión la velocidad y la posición de los componentes de accionamiento según señales de comando, y permite realizar la trayectoria de movimiento sintetizada por varios componentes de accionamiento que se mueven según ciertas reglas. Esto requiere que el servosistema tenga un alto grado de precisión, estabilidad y capacidad de respuesta rápida.
II. Requisitos para servosistemas
- Alta precisión
Las máquinas de control numérico procesan automáticamente según un programa predeterminado. Por lo tanto, para procesar piezas de alta precisión y calidad, el propio servosistema debe ser altamente preciso. Generalmente, la precisión debe alcanzar el nivel micrométrico. Esto se debe a que en la fabricación moderna, los requisitos de precisión para las piezas son cada vez más exigentes. Especialmente en sectores como la industria aeroespacial, la fabricación de automóviles y los equipos electrónicos, incluso un pequeño error puede tener graves consecuencias.
Para lograr un control de alta precisión, el servosistema debe adoptar tecnologías de sensores avanzadas, como codificadores y reglas de rejilla, para monitorear la posición y la velocidad de los componentes de accionamiento en tiempo real. Asimismo, el servoaccionamiento debe contar con un algoritmo de control de alta precisión para controlar con precisión la velocidad y el par del motor. Además, la precisión del mecanismo de transmisión mecánica también influye significativamente en la precisión del servosistema. Por lo tanto, al diseñar y fabricar centros de mecanizado, es necesario seleccionar componentes de transmisión de alta precisión, como husillos de bolas y guías lineales, para garantizar los requisitos de precisión del servosistema. - Respuesta de velocidad rápida
La respuesta rápida es un indicador importante de la calidad dinámica del servosistema. Requiere que el servosistema tenga un pequeño error de seguimiento tras la señal de comando, una respuesta rápida y una buena estabilidad. En concreto, se requiere que, tras una entrada dada, el sistema pueda alcanzar o restablecer su estado estable original en poco tiempo, generalmente en 200 ms o incluso decenas de milisegundos.
La capacidad de respuesta rápida tiene un impacto importante en la eficiencia y la calidad del procesamiento de los centros de mecanizado. En el mecanizado de alta velocidad, el tiempo de contacto entre la herramienta y la pieza es muy corto. El servosistema debe responder rápidamente a la señal de comando y ajustar la posición y la velocidad de la herramienta para garantizar la precisión del procesamiento y la calidad de la superficie. Al mismo tiempo, al procesar piezas con formas complejas, el servosistema debe responder rápidamente a los cambios en las señales de comando y realizar un control de varillaje multieje para garantizar la precisión y la eficiencia del procesamiento.
Para mejorar la capacidad de respuesta rápida del servosistema, es necesario adoptar dispositivos de servoaccionamiento de alto rendimiento y algoritmos de control. Por ejemplo, el uso de servomotores de CA, con alta velocidad de respuesta, alto par y amplio rango de regulación de velocidad, permite satisfacer las necesidades de mecanizado de alta velocidad de los centros de mecanizado. Asimismo, la adopción de algoritmos de control avanzados, como el control PID, el control difuso y el control por redes neuronales, permite mejorar la velocidad de respuesta y la estabilidad del servosistema. - Amplio rango de regulación de velocidad
Debido a la diversidad de herramientas de corte, materiales de las piezas y requisitos de procesamiento, para garantizar que las máquinas de control numérico obtengan las mejores condiciones de corte en cualquier circunstancia, el servosistema debe contar con un rango de regulación de velocidad adecuado. Este sistema puede satisfacer tanto los requisitos de mecanizado de alta velocidad como los de avance a baja velocidad.
En el mecanizado de alta velocidad, el servosistema debe proporcionar alta velocidad y aceleración para mejorar la eficiencia del procesamiento. Mientras que en la alimentación a baja velocidad, el servosistema debe proporcionar un par estable a baja velocidad para garantizar la precisión del procesamiento y la calidad de la superficie. Por lo tanto, el rango de regulación de velocidad del servosistema generalmente debe alcanzar varios miles o incluso decenas de miles de revoluciones por minuto.
Para lograr un amplio rango de regulación de velocidad, se requieren servoaccionamientos de alto rendimiento y métodos de regulación de velocidad. Por ejemplo, la tecnología de regulación de velocidad de frecuencia variable de CA permite una regulación continua de la velocidad del motor, con un amplio rango de regulación, alta eficiencia y buena fiabilidad. Asimismo, la adopción de algoritmos de control avanzados, como el control vectorial y el control directo de par, puede mejorar el rendimiento y la eficiencia de la regulación de velocidad del motor. - Alta confiabilidad
La tasa de operación de las máquinas de control numérico es muy alta y, a menudo, funcionan continuamente durante 24 horas. Por lo tanto, se requiere que funcionen de forma fiable. La fiabilidad del sistema suele basarse en el valor promedio de los intervalos entre fallos, es decir, el tiempo promedio sin fallos. Cuanto mayor sea este tiempo, mejor.
Para mejorar la fiabilidad del servosistema, es necesario adoptar componentes de alta calidad y procesos de fabricación avanzados. Asimismo, se requieren rigurosas pruebas y controles de calidad para garantizar su rendimiento estable y fiable. Además, se deben adoptar tecnologías de diseño redundante y diagnóstico de fallos para mejorar la tolerancia y la capacidad de diagnóstico del sistema, de modo que pueda repararse a tiempo en caso de fallo y garantizar el funcionamiento normal del centro de mecanizado. - Gran par a baja velocidad
Las máquinas de control numérico suelen realizar cortes pesados a baja velocidad. Por lo tanto, se requiere que el servosistema de avance tenga un alto par de salida a baja velocidad para cumplir con los requisitos del proceso de corte.
Durante cortes pesados, la fuerza de corte entre la herramienta y la pieza es muy grande. El servosistema debe proporcionar suficiente par para contrarrestar la fuerza de corte y garantizar un procesamiento fluido. Para lograr un alto par a baja velocidad, se requieren servoaccionamientos y motores de alto rendimiento. Por ejemplo, el uso de motores síncronos de imanes permanentes, con alta densidad de par, alta eficiencia y buena fiabilidad, permite satisfacer las necesidades de alto par a baja velocidad de los centros de mecanizado. Al mismo tiempo, la adopción de algoritmos de control avanzados, como el control directo de par, puede mejorar la capacidad de entrega de par y la eficiencia del motor.
En conclusión, el servosistema de los centros de mecanizado es un componente importante de las máquinas de control numérico. Su rendimiento afecta directamente la precisión, la eficiencia y la fiabilidad del procesamiento de los centros de mecanizado. Por lo tanto, al diseñar y fabricar centros de mecanizado, es fundamental considerar la composición y los requisitos del servosistema, y seleccionar tecnologías y equipos avanzados para mejorar su rendimiento y calidad y satisfacer las necesidades de desarrollo de la fabricación moderna.