Методе за елиминисање осцилација CNC алатних машина
ЦНЦ машине алатке играју важну улогу у савременој индустријској производњи. Међутим, проблем осцилације често мучи оператере и произвођаче. Разлози за осцилацију ЦНЦ машина алатки су релативно сложени. Поред многих фактора као што су неуклоњиви преносни зазори, еластична деформација и отпор трења у механичком аспекту, утицај релевантних параметара серво система је такође важан аспект. Сада ће произвођач ЦНЦ машина алатки детаљно представити методе за елиминисање осцилације ЦНЦ машина алатки.
I. Смањење појачања петље позиционирања
Пропорционално-интегрално-деривативни контролер је мултифункционални контролер који игра кључну улогу у CNC машинама алаткама. Он не само да може ефикасно да изврши пропорционално појачање струјних и напонских сигнала, већ и да подеси проблем кашњења или предњачења излазног сигнала. Осцилаторне грешке се понекад јављају због кашњења или предњачења излазне струје и напона. У овом случају, PID се може користити за подешавање фазе излазне струје и напона.
Појачање петље позиционирања је кључни параметар у систему управљања CNC алатних машина. Када је појачање петље позиционирања превисоко, систем је превише осетљив на грешке позиционирања и склон је изазивању осцилација. Смањење појачања петље позиционирања може смањити брзину одзива система и тиме смањити могућност осцилација.
Приликом подешавања појачања петље позиционирања, потребно га је разумно подесити у складу са специфичним моделом машине алатке и захтевима обраде. Генерално говорећи, појачање петље позиционирања може се прво смањити на релативно низак ниво, а затим постепено повећавати уз посматрање рада машине алатке док се не пронађе оптимална вредност која може задовољити захтеве тачности обраде и избећи осцилације.
Пропорционално-интегрално-деривативни контролер је мултифункционални контролер који игра кључну улогу у CNC машинама алаткама. Он не само да може ефикасно да изврши пропорционално појачање струјних и напонских сигнала, већ и да подеси проблем кашњења или предњачења излазног сигнала. Осцилаторне грешке се понекад јављају због кашњења или предњачења излазне струје и напона. У овом случају, PID се може користити за подешавање фазе излазне струје и напона.
Појачање петље позиционирања је кључни параметар у систему управљања CNC алатних машина. Када је појачање петље позиционирања превисоко, систем је превише осетљив на грешке позиционирања и склон је изазивању осцилација. Смањење појачања петље позиционирања може смањити брзину одзива система и тиме смањити могућност осцилација.
Приликом подешавања појачања петље позиционирања, потребно га је разумно подесити у складу са специфичним моделом машине алатке и захтевима обраде. Генерално говорећи, појачање петље позиционирања може се прво смањити на релативно низак ниво, а затим постепено повећавати уз посматрање рада машине алатке док се не пронађе оптимална вредност која може задовољити захтеве тачности обраде и избећи осцилације.
II. Подешавање параметара серво система затворене петље
Серво систем полузатворене петље
Неки CNC серво системи користе уређаје са полузатвореном петљом. Приликом подешавања серво система са полузатвореном петљом, потребно је осигурати да локални систем полузатворене петље не осцилује. Пошто серво систем са потпуно затвореном петљом врши подешавање параметара под претпоставком да је његов локални систем полузатворене петље стабилан, ова два су слична у методама подешавања.
Серво систем полузатворене петље индиректно враћа информације о положају машине алатке детекцијом угла ротације или брзине мотора. Приликом подешавања параметара, потребно је обратити пажњу на следеће аспекте:
(1) Параметри петље брзине: Подешавања појачања петље брзине и интегралне временске константе имају велики утицај на стабилност и брзину одзива система. Превелико појачање петље брзине довешће до пребрзог одзива система и склоно је генерисању осцилација; док ће предуга интегрална временска константа успорити одзив система и утицати на ефикасност обраде.
(2) Параметри петље позиционирања: Подешавање појачања петље позиционирања и параметара филтера може побољшати тачност позиционирања и стабилност система. Превисоко појачање петље позиционирања ће изазвати осцилације, а филтер може филтрирати високофреквентни шум у сигналу повратне спреге и побољшати стабилност система.
Серво систем са потпуно затвореном петљом
Серво систем са потпуно затвореном петљом остварује прецизну контролу положаја директним детектовањем стварног положаја алатне машине. Приликом подешавања серво система са потпуно затвореном петљом, параметри морају бити пажљивије одабрани како би се осигурала стабилност и тачност система.
Подешавање параметара потпуно затвореног серво система углавном укључује следеће аспекте:
(1) Појачање петље позиционирања: Слично систему са полузатвореном петљом, превисоко појачање петље позиционирања довешће до осцилација. Међутим, пошто систем са потпуно затвореном петљом прецизније детектује грешке позиционирања, појачање петље позиционирања може се подесити релативно високо како би се побољшала тачност позиционирања система.
(2) Параметри петље брзине: Подешавања појачања петље брзине и интегралне временске константе потребно је прилагодити у складу са динамичким карактеристикама и захтевима обраде машине алатке. Генерално говорећи, појачање петље брзине може се подесити на нешто веће ниво него код система полузатворене петље како би се побољшала брзина одзива система.
(3) Параметри филтера: Систем са потпуно затвореном петљом је осетљивији на шум у сигналу повратне спреге, тако да је потребно подесити одговарајуће параметре филтера да би се филтрирао шум. Врсту и избор параметара филтера треба прилагодити у складу са специфичним сценаријем примене.
Серво систем полузатворене петље
Неки CNC серво системи користе уређаје са полузатвореном петљом. Приликом подешавања серво система са полузатвореном петљом, потребно је осигурати да локални систем полузатворене петље не осцилује. Пошто серво систем са потпуно затвореном петљом врши подешавање параметара под претпоставком да је његов локални систем полузатворене петље стабилан, ова два су слична у методама подешавања.
Серво систем полузатворене петље индиректно враћа информације о положају машине алатке детекцијом угла ротације или брзине мотора. Приликом подешавања параметара, потребно је обратити пажњу на следеће аспекте:
(1) Параметри петље брзине: Подешавања појачања петље брзине и интегралне временске константе имају велики утицај на стабилност и брзину одзива система. Превелико појачање петље брзине довешће до пребрзог одзива система и склоно је генерисању осцилација; док ће предуга интегрална временска константа успорити одзив система и утицати на ефикасност обраде.
(2) Параметри петље позиционирања: Подешавање појачања петље позиционирања и параметара филтера може побољшати тачност позиционирања и стабилност система. Превисоко појачање петље позиционирања ће изазвати осцилације, а филтер може филтрирати високофреквентни шум у сигналу повратне спреге и побољшати стабилност система.
Серво систем са потпуно затвореном петљом
Серво систем са потпуно затвореном петљом остварује прецизну контролу положаја директним детектовањем стварног положаја алатне машине. Приликом подешавања серво система са потпуно затвореном петљом, параметри морају бити пажљивије одабрани како би се осигурала стабилност и тачност система.
Подешавање параметара потпуно затвореног серво система углавном укључује следеће аспекте:
(1) Појачање петље позиционирања: Слично систему са полузатвореном петљом, превисоко појачање петље позиционирања довешће до осцилација. Међутим, пошто систем са потпуно затвореном петљом прецизније детектује грешке позиционирања, појачање петље позиционирања може се подесити релативно високо како би се побољшала тачност позиционирања система.
(2) Параметри петље брзине: Подешавања појачања петље брзине и интегралне временске константе потребно је прилагодити у складу са динамичким карактеристикама и захтевима обраде машине алатке. Генерално говорећи, појачање петље брзине може се подесити на нешто веће ниво него код система полузатворене петље како би се побољшала брзина одзива система.
(3) Параметри филтера: Систем са потпуно затвореном петљом је осетљивији на шум у сигналу повратне спреге, тако да је потребно подесити одговарајуће параметре филтера да би се филтрирао шум. Врсту и избор параметара филтера треба прилагодити у складу са специфичним сценаријем примене.
III. Усвајање функције супресије високих фреквенција
Горе наведена дискусија се односи на метод оптимизације параметара за нискофреквентне осцилације. Понекад, ЦНЦ систем ЦНЦ алатних машина ће генерисати повратне сигнале који садрже високофреквентне хармонике због одређених разлога осцилације у механичком делу, што чини излазни обртни момент неконстантним и тиме генерише вибрације. За ову ситуацију високофреквентних осцилација, петљи брзине може се додати нископропусни филтер првог реда, који је филтер обртног момента.
Филтер обртног момента може ефикасно филтрирати високофреквентне хармонике у повратном сигналу, чинећи излазни обртни момент стабилнијим и тиме смањујући вибрације. Приликом избора параметара филтера обртног момента, потребно је узети у обзир следеће факторе:
(1) Гранична фреквенција: Гранична фреквенција одређује степен слабљења филтера на високофреквентне сигнале. Прениска гранична фреквенција ће утицати на брзину одзива система, док превисока гранична фреквенција неће моћи ефикасно да филтрира високофреквентне хармонике.
(2) Тип филтера: Уобичајени типови филтера укључују Батервортов филтер, Чебишевљев филтер итд. Различите врсте филтера имају различите карактеристике фреквентног одзива и потребно их је одабрати у складу са специфичним сценаријем примене.
(3) Редослед филтера: Што је ред филтера виши, бољи је ефекат слабљења високофреквентних сигнала, али истовремено ће се повећати и рачунарско оптерећење система. Приликом избора редоследа филтера, перформансе и рачунарски ресурси система морају се свеобухватно узети у обзир.
Горе наведена дискусија се односи на метод оптимизације параметара за нискофреквентне осцилације. Понекад, ЦНЦ систем ЦНЦ алатних машина ће генерисати повратне сигнале који садрже високофреквентне хармонике због одређених разлога осцилације у механичком делу, што чини излазни обртни момент неконстантним и тиме генерише вибрације. За ову ситуацију високофреквентних осцилација, петљи брзине може се додати нископропусни филтер првог реда, који је филтер обртног момента.
Филтер обртног момента може ефикасно филтрирати високофреквентне хармонике у повратном сигналу, чинећи излазни обртни момент стабилнијим и тиме смањујући вибрације. Приликом избора параметара филтера обртног момента, потребно је узети у обзир следеће факторе:
(1) Гранична фреквенција: Гранична фреквенција одређује степен слабљења филтера на високофреквентне сигнале. Прениска гранична фреквенција ће утицати на брзину одзива система, док превисока гранична фреквенција неће моћи ефикасно да филтрира високофреквентне хармонике.
(2) Тип филтера: Уобичајени типови филтера укључују Батервортов филтер, Чебишевљев филтер итд. Различите врсте филтера имају различите карактеристике фреквентног одзива и потребно их је одабрати у складу са специфичним сценаријем примене.
(3) Редослед филтера: Што је ред филтера виши, бољи је ефекат слабљења високофреквентних сигнала, али истовремено ће се повећати и рачунарско оптерећење система. Приликом избора редоследа филтера, перформансе и рачунарски ресурси система морају се свеобухватно узети у обзир.
Поред тога, како би се додатно елиминисале осцилације ЦНЦ алатних машина, могу се предузети и следеће мере:
Оптимизујте механичку структуру
Проверите механичке делове алатне машине, као што су вођице, вођећи завртњи, лежајеви итд., како бисте се уверили да њихова тачност уградње и зазор испуњавају захтеве. За јако истрошене делове, благовремено их замените или поправите. Истовремено, разумно подесите противтег и равнотежу алатне машине како бисте смањили стварање механичких вибрација.
Побољшајте способност управљачког система да спречи сметње
Систем управљања CNC алатним машинама лако је под утицајем спољних сметњи, као што су електромагнетне сметње, флуктуације снаге итд. Да би се побољшала способност управљачког система да се заштити од сметњи, могу се предузети следеће мере:
(1) Усвојите заштићене каблове и мере уземљења како бисте смањили утицај електромагнетних сметњи.
(2) Инсталирајте филтере за напајање да бисте стабилизовали напон напајања.
(3) Оптимизујте софтверски алгоритам система управљања како бисте побољшали перформансе система против сметњи.
Редовно одржавање и одржавање
Редовно вршите одржавање и реновирање CNC машина, чистите различите делове машине, проверавајте радне услове система за подмазивање и система за хлађење и благовремено мењајте истрошене делове и уље за подмазивање. Ово може осигурати стабилан рад машине и смањити појаву осцилација.
Оптимизујте механичку структуру
Проверите механичке делове алатне машине, као што су вођице, вођећи завртњи, лежајеви итд., како бисте се уверили да њихова тачност уградње и зазор испуњавају захтеве. За јако истрошене делове, благовремено их замените или поправите. Истовремено, разумно подесите противтег и равнотежу алатне машине како бисте смањили стварање механичких вибрација.
Побољшајте способност управљачког система да спречи сметње
Систем управљања CNC алатним машинама лако је под утицајем спољних сметњи, као што су електромагнетне сметње, флуктуације снаге итд. Да би се побољшала способност управљачког система да се заштити од сметњи, могу се предузети следеће мере:
(1) Усвојите заштићене каблове и мере уземљења како бисте смањили утицај електромагнетних сметњи.
(2) Инсталирајте филтере за напајање да бисте стабилизовали напон напајања.
(3) Оптимизујте софтверски алгоритам система управљања како бисте побољшали перформансе система против сметњи.
Редовно одржавање и одржавање
Редовно вршите одржавање и реновирање CNC машина, чистите различите делове машине, проверавајте радне услове система за подмазивање и система за хлађење и благовремено мењајте истрошене делове и уље за подмазивање. Ово може осигурати стабилан рад машине и смањити појаву осцилација.
Закључно, елиминисање осцилација CNC машина захтева свеобухватно разматрање механичких и електричних фактора. Разумним подешавањем параметара серво система, усвајањем функције супресије високих фреквенција, оптимизацијом механичке структуре, побољшањем способности управљачког система да спречи сметње и редовним одржавањем, појава осцилација се може ефикасно смањити, а тачност обраде и стабилност машине алатке се могу побољшати.