Mae'r rhan fwyaf o bobl sy'n gyfarwydd â phrosesu laser diwydiannol ar raddfa fawr wedi gweld peiriant CNC laser trwybwn uchel yn torri platiau a thiwbiau dur mawr ar gyflymder pendrwm. Roedd y rhai ohonom mewn micromachining laser, lle mae ansawdd rhannol yn dibynnu ar gywirdeb peiriannu ar lefel micron, yn meddwl tybed a allem gyflawni trwybwn peiriant mor uchel a dal i gynhyrchu rhannau cywir iawn. Yr ateb yw ydy - ac yna mae'r cwestiwn yn dod yn "sut?" Mae'r erthygl hon yn archwilio'r ystyriaethau sylfaenol mewn dylunio a rheoli peiriannau y mae'n rhaid i un fod yn gyfarwydd â nhw i sicrhau'r trwybwn mwyaf posibl gan ficrobrosesydd laser manwl.
Yn y broses weithgynhyrchu, mae'r meini prawf ar gyfer pennu rhannau derbyniol yn aml yn negyddol. Diffinnir goddefiannau rhannol gan y gofynion ar gyfer gweithrediad arferol neu ddiogel y rhan. Maent yn diffinio'r gyllideb gwallau a ganiateir ar gyfer y broses weithgynhyrchu. Yna caiff y gyllideb gwall ei "disbyddu" gan wahanol ffynonellau gwall sy'n deillio o ddylunio peiriannau, ymarferoldeb rheolydd, a rhyngweithio deunydd laser wrth beiriannu. Yr allwedd i wneud y mwyaf o drwybwn wrth weithgynhyrchu rhannau manwl uchel yw gadael cymaint o gyllideb gwall â phosibl ar gyfer gwallau olrhain deinamig. Bydd dilyn system sain ac egwyddorion dylunio strwythurol a dewis rheolydd cynnig pwerus - un sy'n manteisio i'r eithaf ar y gyllideb gwall olrhain deinamig - yn sicrhau'r trwybwn mwyaf posibl ac felly'r rhesymeg economaidd ar gyfer systemau micromachining laser.
Mae dyluniad strwythurol y system weithgynhyrchu yn sylfaenol i wella gallu'r system weithgynhyrchu i weithredu ar drwybwn uchel. Er mwyn i'r system reoli wrthod a lleihau gwallau, rhaid i'r synwyryddion a ddefnyddir i "weld" y cynnig o fewn y system allu arsylwi ar y cynnig cymharol rhwng yr offeryn a'r rhan. Yn y mwyafrif o systemau, nid yw'r synwyryddion hyn yn arsylwi yn uniongyrchol ar symudiad y domen offer, hy, y smotyn laser; Yn lle hynny, maent yn deillio eu gwybodaeth o ben darllen optegol sy'n gweld graddfa amgodiwr (pren mesur i bob pwrpas) wedi'i hymgorffori ym mecanwaith y system gynnig. Felly, er mwyn arbed cymaint o gyllideb gwall â phosibl ar gyfer y gyllideb olrhain deinamig yn y rheolydd, rhaid i'r dylunydd leihau gwallau na ellir eu gwasanaethu oherwydd plygu neu ddirgryniad o fewn y ffrâm. Yr allwedd i leihau gwall na ellir ei wasanaethu yw cynyddu stiffrwydd y strwythur i'r eithaf. Un ffordd o gyflawni'r stiffrwydd mwyaf yw lleihau hyd dolenni strwythurol y peiriant. Mae dolen strwythurol yn llwybr o rymoedd a gynhyrchir gan gynnig peiriant sy'n cyd -fynd neu'n gyfartal neu'n wahanol i'r grymoedd a gynhyrchir gan yr elfennau strwythurol cyfatebol. Dychmygwch fod y deunyddiau sy'n ffurfio elfennau strwythurol peiriant yn cael eu ffurfio gan filoedd o ffynhonnau bach wedi'u cysylltu mewn cyfres. Mae ychwanegu mwy o ffynhonnau at gadwyn tandem mewn gwirionedd yn lleihau stiffrwydd y gadwyn. Felly, dylai dylunwyr fyrhau "cadwyn" strwythurol elfennau'r gwanwyn i gryfhau'r peiriant. Yn ogystal, mae ychwanegu elfennau gwanwyn yn gyfochrog yn gwneud y gadwyn yn fwy anhyblyg. Er mwyn sicrhau'r stiffrwydd mwyaf posibl, dylai dylunwyr ychwanegu elfennau strwythurol diangen at ffrâm y peiriant i gefnogi grymoedd anadweithiol. Po lyfyn y peiriant, y mwyaf o egni sy'n cael ei chwistrellu i'r strwythur heb achosi symudiad diangen. Mae hyn yn caniatáu i'r defnyddiwr wthio elfennau rheoli cynnig yn gyflymach, gyda mwy o gyflymiad ac egni, gan leihau gwallau prosesu na ellir eu gwasanaethu. Mae Ffigur 1 isod yn darlunio cyfres a chysylltiad cyfochrog dolenni strwythurol ac elfennau gwanwyn y peiriant.
Mae Ffigur 1 yn dangos. Mae ychwanegu ffynhonnau mewn cyfres yn gwneud cadwyn y gwanwyn yn llai stiff, tra bod ychwanegu ffynhonnau yn gyfochrog yn gwneud cadwyn y gwanwyn yn fwy styfnig. Gellir defnyddio'r egwyddor hon i wneud y mwyaf o stiffrwydd cylched strwythurol peiriant.
Mae peiriant llymach sy'n caniatáu i fwy o egni gael ei chwistrellu heb blygu, arbed mwy o'r gyllideb gwallau ar gyfer man arall, yn welliant ar unwaith. Mae hyn yn paratoi'r ffordd ar gyfer y maes ffocws nesaf wrth wella trwybwn: Egwyddorion Dynameg Peiriant. Wrth i stiffrwydd llwyfannau cynnig a raciau gynyddu, felly hefyd eu amledd cynhenid. Wrth i'w amledd cynhenid gynyddu, mae eu rheolaeth a'u cyflymder cynhyrchu hefyd.
Mae gan bob taflwybr cynnig - y llwybr sy'n ofynnol ar gyfer man laser i greu rhan - gynnwys sbectrol ar gyfer pob echel sy'n gysylltiedig â chynhyrchu'r cynnig. Mae gan bob gorchymyn echel fand amledd sinwsoidaidd penodol y mae angen ei gynrychioli mewn cyfres fathemategol neu grynhoad i'w gynrychioli. Mae Ffigur 2 isod yn dangos enghraifft o swyddogaeth gam a'i brasamcan sinwsoidaidd gan ddefnyddio lled band cyfyngedig.
Ffigur 2. Brasamcanu swyddogaeth gam gan ddefnyddio ton sin o ran lefelau a symiau. Po fwyaf o amleddau tonnau sine neu led band a ddefnyddir yn y brasamcan, yr agosaf yw'r brasamcan at y swyddogaeth gam. Mae'r swyddogaeth gam yn gofyn am nifer anfeidrol o gamau o sinwsoidau i'w chynrychioli'n berffaith, ond gellir cynrychioli'r swyddogaeth esmwyth gan nifer gyfyngedig o gamau neu led band.
Yn yr enghraifft hon o swyddogaeth gam, mae angen lled band anfeidrol i amcangyfrif y cam yn berffaith, sy'n ei gwneud hi'n amhosibl ei weithredu mewn peiriant go iawn. Dyma un o'r prif resymau pam mae rhaglenwyr cynnig yn ceisio osgoi terfynu yn y gorchmynion a anfonir at y peiriant. Mae'r egwyddor a ddangosir yn Ffigur 2 yn berthnasol i bob signal gorchymyn. Pan fydd y proffil cynnig yn amlddimensiwn ac yn cynnwys sawl echel o gynnig, mae'r gyfradd y mae'r peiriant yn croesi sy'n proffil yn newid lled band y gorchmynion a anfonir at bob echel berthnasol. Enghraifft syml o'r berthynas hon yw defnyddio dwy echel i greu cylch. Mewn trigonometreg sylfaenol, mae dwy echel yn teithio trwy gylch, yn profi ton sinwsoidaidd yn ei lle, cyflymder a chyflymiad. Mae amlder y don sin y gofynnir i bob echel ei pherfformio yn gymesur â'r cyflymder y mae'r cylch yn mynd heibio. Po gyflymaf y mae'n ofynnol i'r peiriant deithio cylch, po uchaf y mae'n rhaid i amledd y don sine ar gyfer pob echel dan sylw allu perfformio yn ei le, cyflymder a chyflymiad. Ar gyfer unrhyw echel cynnig i weithredu'r proffil gorchymyn a ddarperir, rhaid i led band y proffil hwnnw fod o fewn lled band y system gynnig. Mae hynny'n iawn, mae lled band ar bob system gynnig.
Mae'r system reoli yn dibynnu ar signalau adborth, dolenni rheoli servo, a moduron pwerus i ymateb i orchmynion a chyfateb y canlyniadau gwirioneddol â'r canlyniadau a ddymunir. Mae ymatebolrwydd y system reoli yn dibynnu ar ba mor gyflym y gall y rheolwr wneud penderfyniadau ac effeithio ar newidiadau pan nad yw'r cynnig gwirioneddol yn cyfateb yn union i'r cynnig dan orchymyn. Mae'r "ymatebolrwydd system reoli" hon bron yn gyfan gwbl yn dibynnu ar fanylebau a dyluniad y cynnyrch rheoli a ddefnyddir. Manylebau fel cyfradd cynhyrchu taflwybr, cyfradd y cau cyfredol (y gyfradd y gellir newid y cerrynt a gynhyrchir gan yriant modur penodol), a bydd y grym brig a gynhyrchir gan fodur y ddyfais yn pennu cyfradd ymateb y system reoli. Felly, mae'n gasgliad eithaf amlwg y bydd dewis cynnyrch rheoli pwerus a modur pwerus o fudd i'r dylunydd. Fodd bynnag, dim ond un rhan o allu'r system gynnig gyffredinol i ymateb i orchmynion, hy, lled band y system gynnig yw cyfradd ymateb y system reoli. Mae'r cyfuniad o stiffrwydd corfforol y platfform cynnig a lled band y system reoli yn pennu gallu deinamig y system gyfan. O ystyried yr un system reoli a modur, po uchaf yw amledd cynhenid y system fecanyddol, hy, y llymach ydyw, y mwyaf yw'r lled band amledd y gall y system ymateb yn llwyddiannus.
Yn gyffredinol, y signal pwysicaf wrth reoli cynnig yw'r gorchymyn cyflymu. Cyflymiad yw'r prif signal o ddiddordeb i weithredwr y peiriant oherwydd bod ganddo gysylltiad agosaf â'r hyn y mae rheolwr y peiriant yn ei reoli mewn gwirionedd, y cerrynt i'r moduron. Mae'r cerrynt sy'n cael ei fwydo i bob modur echel yn gymesur â'r grym a gynhyrchir gan bob modur. Mae'r grym a gynhyrchir gan bob modur yn gymesur â'r cyflymiad a brofir gan y radd honno o ryddid wrth i'r peiriant symud. Mae gwall olrhain, neu wall wedi'i chwistrellu i'r broses gynhyrchu oherwydd anallu'r system gynnig i ddilyn y taflwybr dan orchymyn yn berffaith, yn gymesur â'r gyfran o'r lled band cyflymu dan orchymyn sy'n fwy na lled band y system gynnig. Dim ond ar gyflymder penodol y gall car sy'n seiliedig ar ataliad, injan a gyrrwr groesi trac rasio; Os bydd yn cael ei orfodi i droi ar gyflymder sy'n fwy na'i derfynau, bydd yn rhedeg oddi ar y ffordd. Mae hyn yr un peth ar gyfer peiriannau prosesu laser. Trwy ddeall lled band y gorchmynion cyflymu a anfonwyd at y peiriant yn y proffil cynnig, yn ogystal â lled band ymatebolrwydd neu ddeinameg y peiriant, mae gennym sylfaen gadarn ar gyfer sicrhau bod rhannau o ansawdd uchel yn cael eu cynhyrchu ar y trwybwn uchaf. Mae rhai rheolwyr cynnig datblygedig mewn gwirionedd yn cynnig nodweddion sy'n caniatáu i'r rhaglennydd ystyried lled band y system gynnig yn awtomatig a hunan-gyfyngu'r gorchmynion cyflymu a anfonir at gydrannau'r peiriant i atal gormod o wallau rhag digwydd.
Mae cyfuno'r cysyniadau hyn yn creu neges ystyrlon ar gyfer dylunydd y peiriant. Po fwyaf anhyblyg yw strwythur y ffrâm, y lleiaf o blygu a dirgryniad peiriant yn effeithio ar ganlyniadau peiriannu, gan adael mwy o gyllideb gwallau ar gyfer gwallau olrhain deinamig. Po fwyaf anhyblyg yw dyluniad mecanyddol y system gynnig, yr uchaf yw lled band y system gynnig. Po uchaf yw perfformiad y cynhyrchion rheoli a ddefnyddir, yr uchaf yw lled band y system gynnig. Po uchaf yw lled band y system gynnig, y mwyaf yw lled band y gorchmynion cyflymu y gall ymateb iddynt heb greu'r un lefel o wall rhan. Po uchaf yw lled band y gorchmynion cyflymu a ganiateir heb greu rhan wael, y cyflymaf y gellir gorchymyn y peiriant i groesi'r gyfuchlin a ddymunir yn ystod cynhyrchiad rhannol. Felly, dylai dylunwyr peiriannau ystyried pob ffordd bosibl i gynyddu stiffrwydd peiriannau a rheoli lled band system i sicrhau'r trwybwn proses mwyaf posibl heb gyfaddawdu ar ansawdd rhan.
