"شرح مفصل لتركيبة ومتطلبات نظام المؤازرة لمراكز التصنيع"
I. تركيب نظام المؤازرة لمراكز التصنيع
في مراكز التصنيع الحديثة، يلعب نظام المؤازرة دورًا محوريًا. ويتألف من دوائر مؤازرة، وأجهزة تشغيل مؤازرة، وآليات نقل ميكانيكية، ومكونات تشغيل.
تتمثل الوظيفة الرئيسية لنظام المؤازرة (السيرفو) في استقبال إشارات أوامر سرعة التغذية والإزاحة الصادرة عن نظام التحكم الرقمي. أولًا، تُجري دائرة محرك المؤازرة تحويلًا وتضخيمًا للطاقة على هذه الإشارات. ثم، من خلال أجهزة محرك المؤازرة، مثل محركات السائر، ومحركات السيرفو ذات التيار المستمر، ومحركات السيرفو ذات التيار المتردد، وغيرها، وآليات النقل الميكانيكية، يتم تشغيل مكونات التشغيل، مثل طاولة عمل الآلة ورأس المغزل، لتحقيق تغذية العمل والحركة السريعة. يمكن القول إنه في آلات التحكم الرقمي، يُشبه جهاز التحكم الرقمي (CNC) "العقل" الذي يُصدر الأوامر، بينما يُمثل نظام المؤازرة آلية التنفيذ، مثل "أطراف" آلة التحكم الرقمي، ويمكنه تنفيذ أوامر الحركة من جهاز التحكم الرقمي بدقة.
بالمقارنة مع أنظمة تشغيل الآلات العامة، يتميز نظام السيرفو في مراكز التصنيع باختلافات جوهرية. فهو يتحكم بدقة في سرعة حركة وموقع مكونات التشغيل بناءً على إشارات الأوامر، ويحقق مسار حركة مُركّب من عدة مكونات تشغيل تتحرك وفقًا لقواعد محددة. وهذا يتطلب من نظام السيرفو أن يتمتع بدقة عالية، وثبات، وسرعة استجابة.
في مراكز التصنيع الحديثة، يلعب نظام المؤازرة دورًا محوريًا. ويتألف من دوائر مؤازرة، وأجهزة تشغيل مؤازرة، وآليات نقل ميكانيكية، ومكونات تشغيل.
تتمثل الوظيفة الرئيسية لنظام المؤازرة (السيرفو) في استقبال إشارات أوامر سرعة التغذية والإزاحة الصادرة عن نظام التحكم الرقمي. أولًا، تُجري دائرة محرك المؤازرة تحويلًا وتضخيمًا للطاقة على هذه الإشارات. ثم، من خلال أجهزة محرك المؤازرة، مثل محركات السائر، ومحركات السيرفو ذات التيار المستمر، ومحركات السيرفو ذات التيار المتردد، وغيرها، وآليات النقل الميكانيكية، يتم تشغيل مكونات التشغيل، مثل طاولة عمل الآلة ورأس المغزل، لتحقيق تغذية العمل والحركة السريعة. يمكن القول إنه في آلات التحكم الرقمي، يُشبه جهاز التحكم الرقمي (CNC) "العقل" الذي يُصدر الأوامر، بينما يُمثل نظام المؤازرة آلية التنفيذ، مثل "أطراف" آلة التحكم الرقمي، ويمكنه تنفيذ أوامر الحركة من جهاز التحكم الرقمي بدقة.
بالمقارنة مع أنظمة تشغيل الآلات العامة، يتميز نظام السيرفو في مراكز التصنيع باختلافات جوهرية. فهو يتحكم بدقة في سرعة حركة وموقع مكونات التشغيل بناءً على إشارات الأوامر، ويحقق مسار حركة مُركّب من عدة مكونات تشغيل تتحرك وفقًا لقواعد محددة. وهذا يتطلب من نظام السيرفو أن يتمتع بدقة عالية، وثبات، وسرعة استجابة.
II. متطلبات أنظمة السيرفو
- دقة عالية
تعمل آلات التحكم الرقمي تلقائيًا وفقًا لبرنامج مُحدد مسبقًا. لذلك، لمعالجة قطع العمل عالية الدقة والجودة، يجب أن يتمتع نظام المؤازرة نفسه بدقة عالية. وبشكل عام، يجب أن تصل الدقة إلى مستوى الميكرون. ويرجع ذلك إلى أن متطلبات دقة قطع العمل في التصنيع الحديث تتزايد باستمرار. وخاصةً في مجالات مثل صناعة الطيران والسيارات والمعدات الإلكترونية، حتى الخطأ البسيط قد يؤدي إلى عواقب وخيمة.
لتحقيق تحكم عالي الدقة، يحتاج نظام المؤازرة إلى اعتماد تقنيات استشعار متقدمة، مثل أجهزة التشفير والمساطر الشبكية، لمراقبة موضع وسرعة مكونات التشغيل آنيًا. وفي الوقت نفسه، يحتاج جهاز محرك المؤازرة أيضًا إلى خوارزمية تحكم عالية الدقة للتحكم بدقة في سرعة وعزم دوران المحرك. بالإضافة إلى ذلك، تُؤثر دقة آلية النقل الميكانيكية بشكل كبير على دقة نظام المؤازرة. لذلك، عند تصميم وتصنيع مراكز التصنيع، من الضروري اختيار مكونات نقل عالية الدقة، مثل البراغي الكروية والأدلة الخطية، لضمان دقة نظام المؤازرة. - استجابة سريعة السرعة
تُعد سرعة الاستجابة من أهم مؤشرات الجودة الديناميكية لنظام المؤازرة. ويتطلب ذلك وجود خطأ متابعة بسيط بعد إشارة الأمر، واستجابة سريعة واستقرارًا جيدًا. وبشكل أكثر تحديدًا، يُشترط أن يتمكن النظام، بعد إدخال مُحدد، من الوصول إلى حالة الاستقرار الأصلية أو استعادتها في وقت قصير، عادةً في غضون 200 مللي ثانية أو حتى عشرات الملي ثانية.
للاستجابة السريعة تأثيرٌ بالغ الأهمية على كفاءة وجودة معالجة مراكز التصنيع. ففي عمليات التصنيع عالية السرعة، يكون زمن التلامس بين الأداة وقطعة العمل قصيرًا جدًا. لذا، يجب أن يكون نظام المؤازرة قادرًا على الاستجابة السريعة لإشارة الأوامر، وضبط موضع وسرعة الأداة لضمان دقة المعالجة وجودة السطح. وفي الوقت نفسه، عند معالجة قطع العمل ذات الأشكال المعقدة، يجب أن يكون نظام المؤازرة قادرًا على الاستجابة السريعة لتغيرات إشارات الأوامر، وتحقيق التحكم في الربط متعدد المحاور، لضمان دقة وكفاءة المعالجة.
لتحسين سرعة استجابة نظام المؤازرة، يجب اعتماد أجهزة وخوارزميات تحكم عالية الأداء. على سبيل المثال، يُمكن استخدام محركات المؤازرة ذات التيار المتردد، التي تتميز بسرعة استجابة عالية وعزم دوران كبير ونطاق واسع لتنظيم السرعة، لتلبية متطلبات التشغيل عالي السرعة في مراكز التشغيل. في الوقت نفسه، يُمكن استخدام خوارزميات تحكم متقدمة، مثل التحكم التفاضلي التكاملي التفاضلي (PID)، والتحكم الضبابي، والتحكم بالشبكات العصبية، لتحسين سرعة استجابة نظام المؤازرة واستقراره. - نطاق تنظيم السرعة الكبير
نظراً لاختلاف أدوات القطع ومواد قطع العمل ومتطلبات المعالجة، لضمان حصول آلات التحكم الرقمي على أفضل ظروف قطع في جميع الظروف، يجب أن يتمتع نظام المؤازرة بنطاق تنظيم سرعة كافٍ. ويمكنه تلبية متطلبات التشغيل عالي السرعة ومتطلبات التغذية منخفضة السرعة.
في عمليات التشغيل عالية السرعة، يجب أن يوفر نظام المؤازرة سرعة وتسارعًا عاليين لتحسين كفاءة المعالجة. أما في عمليات التغذية منخفضة السرعة، فيجب أن يوفر نظام المؤازرة عزم دوران ثابتًا عند سرعات منخفضة لضمان دقة المعالجة وجودة السطح. لذلك، يجب أن يصل نطاق تنظيم سرعة نظام المؤازرة عادةً إلى عدة آلاف أو حتى عشرات الآلاف من الدورات في الدقيقة.
لتحقيق نطاق واسع لتنظيم السرعة، يجب اعتماد أجهزة سيرفو عالية الأداء وطرق تنظيم السرعة. على سبيل المثال، يمكن استخدام تقنية تنظيم السرعة بتردد متغير للتيار المتردد لتحقيق تنظيم سلس لسرعة المحرك، مع نطاق واسع من تنظيم السرعة، وكفاءة عالية، وموثوقية عالية. في الوقت نفسه، يمكن أن يؤدي استخدام خوارزميات تحكم متقدمة، مثل التحكم المتجه والتحكم المباشر في عزم الدوران، إلى تحسين أداء تنظيم السرعة وكفاءة المحرك. - موثوقية عالية
تتميز آلات التحكم الرقمي بمعدل تشغيل عالٍ جدًا، وغالبًا ما تعمل بشكل متواصل لمدة ٢٤ ساعة. لذلك، يجب أن تعمل بموثوقية. غالبًا ما تعتمد موثوقية النظام على متوسط طول الفترات الزمنية بين الأعطال، أي متوسط الوقت دون عطل. كلما طالت هذه الفترة، كان ذلك أفضل.
لتحسين موثوقية نظام المؤازرة، يلزم اعتماد مكونات عالية الجودة وعمليات تصنيع متطورة. وفي الوقت نفسه، يلزم إجراء اختبارات ومراقبة جودة صارمة لنظام المؤازرة لضمان أدائه المستقر والموثوق. بالإضافة إلى ذلك، يلزم اعتماد تقنيات تصميم وتشخيص أعطال متطورة لتحسين قدرة النظام على تحمل الأعطال وتشخيصها، بما يسمح بإصلاحها في الوقت المناسب عند حدوث أي عطل، وضمان التشغيل الطبيعي لمركز التصنيع. - عزم دوران كبير عند سرعة منخفضة
غالبًا ما تُجري آلات التحكم الرقمي عمليات قطع ثقيلة بسرعات منخفضة. لذلك، يتطلب نظام سيرفو التغذية عزم دوران عاليًا عند السرعات المنخفضة لتلبية متطلبات معالجة القطع.
أثناء القطع الثقيل، تكون قوة القطع بين الأداة وقطعة العمل كبيرة جدًا. يجب أن يوفر نظام المؤازرة عزم دوران كافٍ للتغلب على قوة القطع وضمان سير المعالجة بسلاسة. لتحقيق إنتاج عزم دوران عالي بسرعة منخفضة، يجب استخدام أجهزة ومحركات مؤازرة عالية الأداء. على سبيل المثال، يمكن استخدام محركات متزامنة ذات مغناطيس دائم، تتميز بكثافة عزم دوران عالية وكفاءة عالية وموثوقية عالية، لتلبية متطلبات مراكز التصنيع ذات السرعة المنخفضة وعزم الدوران العالي. في الوقت نفسه، يمكن أن يؤدي استخدام خوارزميات تحكم متقدمة، مثل التحكم المباشر في عزم الدوران، إلى تحسين قدرة إنتاج عزم الدوران وكفاءة المحرك.
في الختام، يُعد نظام السيرفو في مراكز التصنيع جزءًا أساسيًا من آلات التحكم الرقمي. يؤثر أداؤه بشكل مباشر على دقة المعالجة وكفاءة وموثوقية مراكز التصنيع. لذلك، عند تصميم وتصنيع مراكز التصنيع، يجب مراعاة تركيب ومتطلبات نظام السيرفو بدقة، واختيار التقنيات والمعدات المتطورة لتحسين أداء وجودة نظام السيرفو وتلبية احتياجات تطوير التصنيع الحديث.