« Explication détaillée de la composition et des exigences du système servo pour centres d'usinage »
I. Composition du système d'asservissement pour centres d'usinage
Dans les centres d'usinage modernes, le système servo joue un rôle crucial. Il est composé de circuits servo, de dispositifs d'entraînement servo, de mécanismes de transmission mécanique et de composants d'actionnement.
La fonction principale du système d'asservissement est de recevoir les signaux de commande de vitesse d'avance et de déplacement émis par le système de commande numérique. Le circuit d'asservissement effectue d'abord une conversion et une amplification de puissance sur ces signaux. Ensuite, grâce à des dispositifs d'asservissement tels que des moteurs pas à pas, des servomoteurs à courant continu, des servomoteurs à courant alternatif, etc., et à des mécanismes de transmission mécanique, les composants d'actionnement, tels que la table de travail et la poupée fixe de la machine-outil, sont entraînés pour assurer l'avance et la rapidité des mouvements. Dans les machines à commande numérique, le dispositif CNC est comme le « cerveau » qui donne les commandes, tandis que le système d'asservissement est le mécanisme d'exécution, tel les « membres » de la machine, capable d'exécuter avec précision les commandes de mouvement du dispositif CNC.
Comparé aux systèmes d'entraînement des machines-outils classiques, le système servo des centres d'usinage présente des différences essentielles. Il permet de contrôler avec précision la vitesse et la position des composants d'actionnement en fonction des signaux de commande, et de réaliser la trajectoire de mouvement synthétisée par plusieurs composants d'actionnement se déplaçant selon certaines règles. Cela exige du système servo un haut degré de précision, de stabilité et de réactivité.
Dans les centres d'usinage modernes, le système servo joue un rôle crucial. Il est composé de circuits servo, de dispositifs d'entraînement servo, de mécanismes de transmission mécanique et de composants d'actionnement.
La fonction principale du système d'asservissement est de recevoir les signaux de commande de vitesse d'avance et de déplacement émis par le système de commande numérique. Le circuit d'asservissement effectue d'abord une conversion et une amplification de puissance sur ces signaux. Ensuite, grâce à des dispositifs d'asservissement tels que des moteurs pas à pas, des servomoteurs à courant continu, des servomoteurs à courant alternatif, etc., et à des mécanismes de transmission mécanique, les composants d'actionnement, tels que la table de travail et la poupée fixe de la machine-outil, sont entraînés pour assurer l'avance et la rapidité des mouvements. Dans les machines à commande numérique, le dispositif CNC est comme le « cerveau » qui donne les commandes, tandis que le système d'asservissement est le mécanisme d'exécution, tel les « membres » de la machine, capable d'exécuter avec précision les commandes de mouvement du dispositif CNC.
Comparé aux systèmes d'entraînement des machines-outils classiques, le système servo des centres d'usinage présente des différences essentielles. Il permet de contrôler avec précision la vitesse et la position des composants d'actionnement en fonction des signaux de commande, et de réaliser la trajectoire de mouvement synthétisée par plusieurs composants d'actionnement se déplaçant selon certaines règles. Cela exige du système servo un haut degré de précision, de stabilité et de réactivité.
II. Exigences relatives aux systèmes d'asservissement
- Haute précision
Les machines à commande numérique usinent automatiquement selon un programme prédéfini. Par conséquent, pour usiner des pièces de haute précision et de haute qualité, le système d'asservissement lui-même doit présenter une grande précision. Généralement, cette précision doit atteindre le micron. En effet, dans l'industrie manufacturière moderne, les exigences de précision des pièces sont de plus en plus élevées. En particulier dans des secteurs comme l'aérospatiale, l'automobile et l'électronique, la moindre erreur peut avoir de graves conséquences.
Pour obtenir un contrôle de haute précision, le système servo doit adopter des technologies de capteurs avancées, telles que des codeurs et des règles à grille, pour surveiller la position et la vitesse des composants d'actionnement en temps réel. Parallèlement, le dispositif d'entraînement servo doit également disposer d'un algorithme de contrôle de haute précision pour contrôler précisément la vitesse et le couple du moteur. De plus, la précision du mécanisme de transmission mécanique a un impact important sur la précision du système servo. Par conséquent, lors de la conception et de la fabrication de centres d'usinage, il est nécessaire de sélectionner des composants de transmission de haute précision, tels que des vis à billes et des guidages linéaires, afin de garantir la précision du système servo. - Réponse rapide
Une réponse rapide est l'un des signes importants de la qualité dynamique d'un système servo. Elle exige que le système servo présente une faible erreur de suivi après le signal de commande, une réponse rapide et une bonne stabilité. Plus précisément, il est nécessaire qu'après une entrée donnée, le système puisse atteindre ou restaurer son état stable initial en un temps record, généralement en 200 ms, voire en quelques dizaines de millisecondes.
La réactivité a un impact important sur l'efficacité et la qualité d'usinage des centres d'usinage. En usinage à grande vitesse, le temps de contact entre l'outil et la pièce est très court. Le système servo doit pouvoir réagir rapidement aux signaux de commande et ajuster la position et la vitesse de l'outil pour garantir la précision d'usinage et la qualité de surface. Parallèlement, lors de l'usinage de pièces aux formes complexes, le système servo doit pouvoir réagir rapidement aux variations des signaux de commande et assurer un contrôle multi-axes pour garantir la précision et l'efficacité de l'usinage.
Pour améliorer la réactivité du système servo, il est nécessaire d'adopter des dispositifs d'entraînement servo et des algorithmes de contrôle hautes performances. Par exemple, l'utilisation de servomoteurs à courant alternatif, offrant une réactivité rapide, un couple élevé et une large plage de régulation de vitesse, permet de répondre aux exigences d'usinage à grande vitesse des centres d'usinage. Parallèlement, l'adoption d'algorithmes de contrôle avancés tels que le contrôle PID, le contrôle flou et le contrôle par réseaux neuronaux peut améliorer la réactivité et la stabilité du système servo. - Large plage de régulation de vitesse
En raison des différents outils de coupe, des différents matériaux des pièces et des exigences d'usinage, pour garantir aux machines à commande numérique des conditions de coupe optimales en toutes circonstances, le système servo doit disposer d'une plage de régulation de vitesse suffisante. Il peut répondre aux exigences d'usinage à grande vitesse comme aux exigences d'avance à faible vitesse.
En usinage à grande vitesse, le système servo doit pouvoir fournir une vitesse et une accélération élevées pour améliorer l'efficacité de l'usinage. En alimentation à basse vitesse, le système servo doit pouvoir fournir un couple stable à basse vitesse pour garantir la précision de l'usinage et la qualité de surface. Par conséquent, la plage de régulation de vitesse du système servo doit généralement atteindre plusieurs milliers, voire plusieurs dizaines de milliers de tours par minute.
Pour obtenir une large plage de régulation de vitesse, il est nécessaire d'adopter des servomoteurs et des méthodes de régulation de vitesse performants. Par exemple, la technologie de régulation de vitesse à fréquence variable CA permet une régulation continue de la vitesse du moteur, avec une large plage de régulation, un rendement élevé et une bonne fiabilité. Parallèlement, l'adoption d'algorithmes de contrôle avancés tels que le contrôle vectoriel et le contrôle direct du couple peut améliorer les performances de régulation de vitesse et le rendement du moteur. - Haute fiabilité
Le taux de fonctionnement des machines à commande numérique est très élevé et elles fonctionnent souvent en continu pendant 24 heures. Par conséquent, leur fiabilité est requise. La fiabilité du système repose souvent sur la valeur moyenne de l'intervalle de temps entre les pannes, c'est-à-dire le temps moyen sans panne. Plus ce temps est long, mieux c'est.
Pour améliorer la fiabilité du système servo, des composants de haute qualité et des procédés de fabrication avancés doivent être adoptés. Parallèlement, des tests et un contrôle qualité rigoureux du système servo sont nécessaires pour garantir sa stabilité et sa fiabilité. De plus, une conception redondante et des technologies de diagnostic des pannes doivent être adoptées pour améliorer la tolérance aux pannes et les capacités de diagnostic du système, afin de pouvoir le réparer à temps en cas de panne et de garantir le fonctionnement normal du centre d'usinage. - Couple important à bas régime
Les machines à commande numérique effectuent souvent des usinages lourds à basse vitesse. Par conséquent, le système d'asservissement d'avance doit fournir un couple de sortie élevé à basse vitesse pour répondre aux exigences de l'usinage.
Lors d'usinages intensifs, l'effort de coupe entre l'outil et la pièce est très important. Le système servo doit pouvoir fournir un couple suffisant pour contrer cet effort et assurer le bon déroulement de l'usinage. Pour obtenir un couple élevé à basse vitesse, il est nécessaire d'utiliser des servomoteurs et des moteurs hautes performances. Par exemple, l'utilisation de moteurs synchrones à aimants permanents, offrant une densité de couple élevée, un rendement élevé et une excellente fiabilité, permet de répondre aux exigences des centres d'usinage à basse vitesse et à couple élevé. Parallèlement, l'adoption d'algorithmes de contrôle avancés, tels que le contrôle direct du couple, permet d'améliorer la capacité de sortie du couple et le rendement du moteur.
En conclusion, le système servo des centres d'usinage est un élément important des machines à commande numérique. Ses performances influencent directement la précision, l'efficacité et la fiabilité de l'usinage. Par conséquent, lors de la conception et de la fabrication de centres d'usinage, la composition et les exigences du système servo doivent être pleinement prises en compte, et des technologies et équipements de pointe doivent être sélectionnés pour améliorer ses performances et sa qualité et répondre aux besoins de développement de l'industrie manufacturière moderne.