Ein Vorschubachsen-Servoantriebssystem (Servosystem) ist ein automatisches Steuersystem, das die Position oder den Winkel einer Werkzeugmaschine, beispielsweise einer CNC-Werkzeugmaschine, steuert. Der für Vorschubachsenservos verwendete Antriebsmotor erfordert schnelle Reaktion, genaue Positionierung und ein großes Trägheitsmoment. Servomotoren, die in elektromechanischen Systemen eingesetzt werden, verfügen über große Trägheitsmomente, sodass sie direkt mit mechanischen Komponenten, wie beispielsweise Leitspindeln, verbunden werden können.
Vorschubachsenservos nutzen einen speziellen kleinen{0}}Trägheitsmotor, um hohe Reaktionsgeschwindigkeiten zu erreichen. Dieser Motortyp weist jedoch eine geringe Überlastfähigkeit auf und erfordert beim Einsatz in Vorschubservosystemen Beschleunigungs- und Verzögerungsvorrichtungen.
Das Trägheitsmoment spiegelt die Beschleunigungseigenschaften des Systems wider. Bei der Auswahl eines Servomotors sollte das Trägheitsmoment des Systems das Dreifache des Motorträgheitsmoments nicht überschreiten. Motoren mit relativ großer Trägheit, die häufig in unternehmensspezifischen Anwendungen eingesetzt werden, können als Servosteuerungsmotoren bezeichnet werden.
Natürlich unterscheidet sich das grundlegende Funktionsprinzip eines Vorschubachsenservos nicht von dem eines normalen AC{0}}DC-Motors. Die spezielle Antriebseinheit dieses Motortyps wird als Servoantriebseinheit bezeichnet, manchmal auch einfach als Servoantriebsmodul, das typischerweise geschlossene Strom-, Geschwindigkeits- und/oder Positionsschleifen umfasst.
Übersicht über Vorschubachsen-Servosysteme
Vorschubachsen-Servosysteme verwenden mechanische Übertragungsgeräte und Motoren als gesteuerte Objekte, mit einem Controller als Kern und leistungselektronischen Umwandlungsgeräten als Aktuatoren. Automatische Steuerungssysteme für elektrische Antriebe werden unter Anleitung der automatischen Steuerungstheorie zusammengestellt.
Diese Art von System steuert das Drehmoment, die Geschwindigkeit und den Winkel des Motors und wandelt elektrische Energie in mechanische Energie um, um die Bewegungsanforderungen der sich bewegenden Maschinen zu erfüllen. Bei CNC-Werkzeugmaschinen erhält das Servosystem die Richtung der Verschiebung und Geschwindigkeit vom CNC-Werkzeugmaschinensystem. Nach der Transformation, Einstellung und Verfeinerung treiben der Motor und der mechanische Übertragungsmechanismus die Koordinatenachsen, die Spindel usw. der Werkzeugmaschine sowie den Arbeitstisch und den Werkzeugständer an. Durch die Verknüpfung der Achsen erzeugt das Werkzeug verschiedene komplexe mechanische Bewegungen relativ zum Werkstück und bearbeitet so die vom Anwender gewünschten komplexen Werkstückformen.
Als Stellantrieb einer CNC-Werkzeugmaschine integriert das Servosystem leistungselektronische Geräte, Steuerungs-, Antriebs- und Schutzfunktionen. Mit der Weiterentwicklung der digitalen Pulsweitenmodulationstechnologie, der speziellen Motormaterialtechnologie, der Mikroelektroniktechnologie und der modernen Steuerungstechnologie hat es einen Entwicklungsprozess von Schrittmotoren zu Gleichstrommotoren und dann zu Wechselstrommotoren durchlaufen. Es gibt viele Arten von Servosystemen in CNC-Werkzeugmaschinen. Dieser Artikel analysiert den Aufbau und die einfache Klassifizierung von Vorschubachsen-Servosystemen und geht kurz auf deren aktuellen technologischen Stand und Entwicklungstrends ein.
Struktur und Klassifizierung von Vorschubachsen-Servosystemen
Aus grundlegender struktureller Sicht besteht ein Servosystem hauptsächlich aus drei Teilen: einem Controller, einer Antriebseinheit, einer Rückkopplungseinheit und einem Motor. Die Steuerung passt die Steuergröße basierend auf der Differenz zwischen dem vorgegebenen Wert des CNC-Systems und dem tatsächlichen Betriebswert an, der von der Rückkopplungseinheit erfasst wird. Der Leistungstreiber versorgt als Hauptantriebskreis des Systems den Motor mit Strom, stellt die Stromversorgung des Motors auf konstante Spannung ein und treibt die Maschine entsprechend der Stromversorgung an.
Die Hauptkomponenten variieren stark und jede Änderung an einer Komponente kann zu unterschiedlichen Arten von Servosystemen führen. Basierend auf der Art des Antriebsmotors können sie beispielsweise in DC-Servo und AC-Servo unterteilt werden; Basierend auf der Implementierungsmethode des Controllers können sie in analoge Servos und digitale Servos unterteilt werden. Basierend auf der Anzahl der geschlossenen Regelkreise im Controller können sie in digitale Servos unterteilt werden. Es kann weiter unterteilt werden in Steuersysteme mit offenem Regelkreis, Regelsysteme mit einem Regelkreis, Regelsysteme mit zwei Regelkreisen und Regelsysteme mit mehreren Regelkreisen.
In Bezug auf die Anwendung von Vorschubachsen-Servosystemen in CNC-Werkzeugmaschinen werden Servosysteme basierend auf den verschiedenen Werkzeugmaschinen-Übertragungsmechanismen in Vorschub-Servosysteme und Spindel-Servosysteme unterteilt. Anschließend werden die technischen Eigenschaften verschiedener Servosysteme anhand weiterer Faktoren analysiert.
Aktueller Stand und Zukunftsaussichten von Vorschubservosystemen
Vorschubservos steuern die Koordinatenachsen einer CNC-Werkzeugmaschine und erzeugen Bewegungen, die die Schnittvorschubrichtung beeinflussen.
Daher werden Vorschubservos benötigt, um die Geschwindigkeit der Koordinatenachsen schnell anzupassen und ihre Position genau zu steuern. Sie erfordern einen großen Geschwindigkeitsbereich, eine hohe Verschiebungsgenauigkeit, eine gute Stabilität und eine schnelle dynamische Reaktion. Basierend auf dem im System verwendeten Motor können Vorschubservos in Schrittservos, DC-Servos, AC-Servos und Linearservos eingeteilt werden.