Metode za uklanjanje oscilacija CNC alatnih strojeva
CNC alatni strojevi igraju važnu ulogu u modernoj industrijskoj proizvodnji. Međutim, problem oscilacija često muči operatere i proizvođače. Razlozi za oscilacije CNC alatnih strojeva relativno su složeni. Uz mnoge čimbenike kao što su neuklonjivi prijenosni zazori, elastična deformacija i otpor trenja u mehaničkom aspektu, utjecaj relevantnih parametara servo sustava također je važan aspekt. Sada će proizvođač CNC alatnih strojeva detaljno predstaviti metode za uklanjanje oscilacija CNC alatnih strojeva.
I. Smanjenje pojačanja petlje položaja
Proporcionalno-integralno-derivacijski regulator je višenamjenski regulator koji igra ključnu ulogu u CNC alatnim strojevima. Ne samo da može učinkovito izvršiti proporcionalno pojačanje strujnih i naponskih signala, već i prilagoditi problem kašnjenja ili predugosti izlaznog signala. Oscilacijske greške ponekad se javljaju zbog kašnjenja ili predugosti izlazne struje i napona. U ovom slučaju, PID se može koristiti za podešavanje faze izlazne struje i napona.
Pojačanje petlje položaja ključni je parametar u upravljačkom sustavu CNC alatnih strojeva. Kada je pojačanje petlje položaja previsoko, sustav je preosjetljiv na pogreške položaja i sklon je izazivanju oscilacija. Smanjenje pojačanja petlje položaja može smanjiti brzinu odziva sustava i time smanjiti mogućnost oscilacija.
Prilikom podešavanja pojačanja petlje položaja, potrebno ga je razumno postaviti prema specifičnom modelu alatnog stroja i zahtjevima obrade. Općenito govoreći, pojačanje petlje položaja može se prvo smanjiti na relativno nisku razinu, a zatim postupno povećavati promatrajući rad alatnog stroja dok se ne pronađe optimalna vrijednost koja može zadovoljiti zahtjeve točnosti obrade i izbjeći oscilacije.
Proporcionalno-integralno-derivacijski regulator je višenamjenski regulator koji igra ključnu ulogu u CNC alatnim strojevima. Ne samo da može učinkovito izvršiti proporcionalno pojačanje strujnih i naponskih signala, već i prilagoditi problem kašnjenja ili predugosti izlaznog signala. Oscilacijske greške ponekad se javljaju zbog kašnjenja ili predugosti izlazne struje i napona. U ovom slučaju, PID se može koristiti za podešavanje faze izlazne struje i napona.
Pojačanje petlje položaja ključni je parametar u upravljačkom sustavu CNC alatnih strojeva. Kada je pojačanje petlje položaja previsoko, sustav je preosjetljiv na pogreške položaja i sklon je izazivanju oscilacija. Smanjenje pojačanja petlje položaja može smanjiti brzinu odziva sustava i time smanjiti mogućnost oscilacija.
Prilikom podešavanja pojačanja petlje položaja, potrebno ga je razumno postaviti prema specifičnom modelu alatnog stroja i zahtjevima obrade. Općenito govoreći, pojačanje petlje položaja može se prvo smanjiti na relativno nisku razinu, a zatim postupno povećavati promatrajući rad alatnog stroja dok se ne pronađe optimalna vrijednost koja može zadovoljiti zahtjeve točnosti obrade i izbjeći oscilacije.
II. Podešavanje parametara servo sustava zatvorene petlje
Servo sustav poluzatvorene petlje
Neki CNC servo sustavi koriste uređaje s poluzatvorenom petljom. Prilikom podešavanja servo sustava s poluzatvorenom petljom potrebno je osigurati da lokalni sustav s poluzatvorenom petljom ne oscilira. Budući da servo sustav s potpuno zatvorenom petljom provodi podešavanje parametara uz pretpostavku da je njegov lokalni sustav s poluzatvorenom petljom stabilan, ta dva sustava imaju slične metode podešavanja.
Servo sustav poluzatvorene petlje neizravno vraća informacije o položaju alatnog stroja detektiranjem kuta rotacije ili brzine motora. Prilikom podešavanja parametara potrebno je obratiti pozornost na sljedeće aspekte:
(1) Parametri petlje brzine: Postavke pojačanja petlje brzine i integralne vremenske konstante imaju veliki utjecaj na stabilnost i brzinu odziva sustava. Preveliko pojačanje petlje brzine dovest će do prebrzog odziva sustava i sklono je generiranju oscilacija; dok će preduga integralna vremenska konstanta usporiti odziv sustava i utjecati na učinkovitost obrade.
(2) Parametri petlje položaja: Podešavanje pojačanja petlje položaja i parametara filtera može poboljšati točnost položaja i stabilnost sustava. Previsoko pojačanje petlje položaja uzrokovat će oscilacije, a filter može filtrirati visokofrekventni šum u povratnom signalu i poboljšati stabilnost sustava.
Servo sustav potpuno zatvorene petlje
Servo sustav potpuno zatvorene petlje ostvaruje točnu kontrolu položaja izravnim detektiranjem stvarnog položaja alatnog stroja. Prilikom podešavanja servo sustava potpuno zatvorene petlje, parametre je potrebno pažljivije odabrati kako bi se osigurala stabilnost i točnost sustava.
Podešavanje parametara potpuno zatvorenog servo sustava uglavnom uključuje sljedeće aspekte:
(1) Pojačanje petlje položaja: Slično kao i kod sustava s poluzatvorenom petljom, previsoko pojačanje petlje položaja dovest će do oscilacija. Međutim, budući da sustav s potpuno zatvorenom petljom preciznije detektira pogreške položaja, pojačanje petlje položaja može se postaviti relativno visoko kako bi se poboljšala točnost položaja sustava.
(2) Parametri petlje brzine: Postavke pojačanja petlje brzine i integralne vremenske konstante potrebno je prilagoditi prema dinamičkim karakteristikama i zahtjevima obrade alatnog stroja. Općenito govoreći, pojačanje petlje brzine može se postaviti nešto više nego kod sustava poluzatvorene petlje kako bi se poboljšala brzina odziva sustava.
(3) Parametri filtra: Sustav potpuno zatvorene petlje osjetljiviji je na šum u povratnom signalu, stoga je potrebno postaviti odgovarajuće parametre filtra kako bi se filtrirao šum. Vrstu i odabir parametara filtra treba prilagoditi prema specifičnom scenariju primjene.
Servo sustav poluzatvorene petlje
Neki CNC servo sustavi koriste uređaje s poluzatvorenom petljom. Prilikom podešavanja servo sustava s poluzatvorenom petljom potrebno je osigurati da lokalni sustav s poluzatvorenom petljom ne oscilira. Budući da servo sustav s potpuno zatvorenom petljom provodi podešavanje parametara uz pretpostavku da je njegov lokalni sustav s poluzatvorenom petljom stabilan, ta dva sustava imaju slične metode podešavanja.
Servo sustav poluzatvorene petlje neizravno vraća informacije o položaju alatnog stroja detektiranjem kuta rotacije ili brzine motora. Prilikom podešavanja parametara potrebno je obratiti pozornost na sljedeće aspekte:
(1) Parametri petlje brzine: Postavke pojačanja petlje brzine i integralne vremenske konstante imaju veliki utjecaj na stabilnost i brzinu odziva sustava. Preveliko pojačanje petlje brzine dovest će do prebrzog odziva sustava i sklono je generiranju oscilacija; dok će preduga integralna vremenska konstanta usporiti odziv sustava i utjecati na učinkovitost obrade.
(2) Parametri petlje položaja: Podešavanje pojačanja petlje položaja i parametara filtera može poboljšati točnost položaja i stabilnost sustava. Previsoko pojačanje petlje položaja uzrokovat će oscilacije, a filter može filtrirati visokofrekventni šum u povratnom signalu i poboljšati stabilnost sustava.
Servo sustav potpuno zatvorene petlje
Servo sustav potpuno zatvorene petlje ostvaruje točnu kontrolu položaja izravnim detektiranjem stvarnog položaja alatnog stroja. Prilikom podešavanja servo sustava potpuno zatvorene petlje, parametre je potrebno pažljivije odabrati kako bi se osigurala stabilnost i točnost sustava.
Podešavanje parametara potpuno zatvorenog servo sustava uglavnom uključuje sljedeće aspekte:
(1) Pojačanje petlje položaja: Slično kao i kod sustava s poluzatvorenom petljom, previsoko pojačanje petlje položaja dovest će do oscilacija. Međutim, budući da sustav s potpuno zatvorenom petljom preciznije detektira pogreške položaja, pojačanje petlje položaja može se postaviti relativno visoko kako bi se poboljšala točnost položaja sustava.
(2) Parametri petlje brzine: Postavke pojačanja petlje brzine i integralne vremenske konstante potrebno je prilagoditi prema dinamičkim karakteristikama i zahtjevima obrade alatnog stroja. Općenito govoreći, pojačanje petlje brzine može se postaviti nešto više nego kod sustava poluzatvorene petlje kako bi se poboljšala brzina odziva sustava.
(3) Parametri filtra: Sustav potpuno zatvorene petlje osjetljiviji je na šum u povratnom signalu, stoga je potrebno postaviti odgovarajuće parametre filtra kako bi se filtrirao šum. Vrstu i odabir parametara filtra treba prilagoditi prema specifičnom scenariju primjene.
III. Primjena funkcije supresije visokih frekvencija
Gornja rasprava odnosi se na metodu optimizacije parametara za niskofrekventne oscilacije. Ponekad će CNC sustav CNC alatnih strojeva generirati povratne signale koji sadrže visokofrekventne harmonike zbog određenih razloga oscilacija u mehaničkom dijelu, što čini izlazni moment nestabilnim i time generira vibracije. Za ovu situaciju visokofrekventnih oscilacija, petlji brzine može se dodati niskopropusni filter prvog reda, koji je filtar momenta.
Filter momenta može učinkovito filtrirati visokofrekventne harmonike u povratnom signalu, čineći izlazni moment stabilnijim i time smanjujući vibracije. Prilikom odabira parametara filtra momenta potrebno je uzeti u obzir sljedeće čimbenike:
(1) Granična frekvencija: Granična frekvencija određuje stupanj slabljenja filtra na visokofrekventne signale. Preniska granična frekvencija utjecat će na brzinu odziva sustava, dok previsoka granična frekvencija neće moći učinkovito filtrirati visokofrekventne harmonike.
(2) Vrsta filtra: Uobičajene vrste filtra uključuju Butterworthov filtar, Čebiševljev filtar itd. Različite vrste filtra imaju različite karakteristike frekvencijskog odziva i potrebno ih je odabrati prema specifičnom scenariju primjene.
(3) Redoslijed filtra: Što je viši red filtra, to je bolji učinak slabljenja visokofrekventnih signala, ali istovremeno će se povećati i računalno opterećenje sustava. Prilikom odabira redoslijeda filtra, performanse i računalni resursi sustava moraju se sveobuhvatno uzeti u obzir.
Gornja rasprava odnosi se na metodu optimizacije parametara za niskofrekventne oscilacije. Ponekad će CNC sustav CNC alatnih strojeva generirati povratne signale koji sadrže visokofrekventne harmonike zbog određenih razloga oscilacija u mehaničkom dijelu, što čini izlazni moment nestabilnim i time generira vibracije. Za ovu situaciju visokofrekventnih oscilacija, petlji brzine može se dodati niskopropusni filter prvog reda, koji je filtar momenta.
Filter momenta može učinkovito filtrirati visokofrekventne harmonike u povratnom signalu, čineći izlazni moment stabilnijim i time smanjujući vibracije. Prilikom odabira parametara filtra momenta potrebno je uzeti u obzir sljedeće čimbenike:
(1) Granična frekvencija: Granična frekvencija određuje stupanj slabljenja filtra na visokofrekventne signale. Preniska granična frekvencija utjecat će na brzinu odziva sustava, dok previsoka granična frekvencija neće moći učinkovito filtrirati visokofrekventne harmonike.
(2) Vrsta filtra: Uobičajene vrste filtra uključuju Butterworthov filtar, Čebiševljev filtar itd. Različite vrste filtra imaju različite karakteristike frekvencijskog odziva i potrebno ih je odabrati prema specifičnom scenariju primjene.
(3) Redoslijed filtra: Što je viši red filtra, to je bolji učinak slabljenja visokofrekventnih signala, ali istovremeno će se povećati i računalno opterećenje sustava. Prilikom odabira redoslijeda filtra, performanse i računalni resursi sustava moraju se sveobuhvatno uzeti u obzir.
Osim toga, kako bi se dodatno uklonile oscilacije CNC alatnih strojeva, mogu se poduzeti i sljedeće mjere:
Optimizirajte mehaničku strukturu
Provjerite mehaničke dijelove alatnog stroja, kao što su vodilice, vijci za vođenje, ležajevi itd., kako biste osigurali da njihova točnost ugradnje i razmak prianjanja ispunjavaju zahtjeve. Jako istrošene dijelove zamijenite ili popravite na vrijeme. Istovremeno, razumno prilagodite protuuteg i ravnotežu alatnog stroja kako biste smanjili stvaranje mehaničkih vibracija.
Poboljšajte sposobnost upravljanja sustavom protiv smetnji
Upravljački sustav CNC alatnih strojeva lako je pod utjecajem vanjskih smetnji, poput elektromagnetskih smetnji, fluktuacija snage itd. Kako bi se poboljšala sposobnost upravljanja sustavom protiv smetnji, mogu se poduzeti sljedeće mjere:
(1) Usvojite oklopljene kabele i mjere uzemljenja kako biste smanjili utjecaj elektromagnetskih smetnji.
(2) Ugradite filtre za napajanje kako biste stabilizirali napon napajanja.
(3) Optimizirati softverski algoritam upravljačkog sustava kako bi se poboljšale performanse sustava protiv smetnji.
Redovito održavanje i održavanje
Redovito provodite održavanje i servisiranje CNC alatnih strojeva, čistite različite dijelove stroja, provjeravajte radne uvjete sustava podmazivanja i sustava hlađenja te na vrijeme mijenjajte istrošene dijelove i ulje za podmazivanje. To može osigurati stabilan rad alatnog stroja i smanjiti pojavu oscilacija.
Optimizirajte mehaničku strukturu
Provjerite mehaničke dijelove alatnog stroja, kao što su vodilice, vijci za vođenje, ležajevi itd., kako biste osigurali da njihova točnost ugradnje i razmak prianjanja ispunjavaju zahtjeve. Jako istrošene dijelove zamijenite ili popravite na vrijeme. Istovremeno, razumno prilagodite protuuteg i ravnotežu alatnog stroja kako biste smanjili stvaranje mehaničkih vibracija.
Poboljšajte sposobnost upravljanja sustavom protiv smetnji
Upravljački sustav CNC alatnih strojeva lako je pod utjecajem vanjskih smetnji, poput elektromagnetskih smetnji, fluktuacija snage itd. Kako bi se poboljšala sposobnost upravljanja sustavom protiv smetnji, mogu se poduzeti sljedeće mjere:
(1) Usvojite oklopljene kabele i mjere uzemljenja kako biste smanjili utjecaj elektromagnetskih smetnji.
(2) Ugradite filtre za napajanje kako biste stabilizirali napon napajanja.
(3) Optimizirati softverski algoritam upravljačkog sustava kako bi se poboljšale performanse sustava protiv smetnji.
Redovito održavanje i održavanje
Redovito provodite održavanje i servisiranje CNC alatnih strojeva, čistite različite dijelove stroja, provjeravajte radne uvjete sustava podmazivanja i sustava hlađenja te na vrijeme mijenjajte istrošene dijelove i ulje za podmazivanje. To može osigurati stabilan rad alatnog stroja i smanjiti pojavu oscilacija.
Zaključno, uklanjanje oscilacija CNC alatnih strojeva zahtijeva sveobuhvatno razmatranje mehaničkih i električnih čimbenika. Razumnim podešavanjem parametara servo sustava, primjenom funkcije supresije visokih frekvencija, optimizacijom mehaničke strukture, poboljšanjem sposobnosti upravljačkog sustava da spriječi smetnje te redovitim održavanjem i popravkom, pojava oscilacija može se učinkovito smanjiti, a točnost obrade i stabilnost alatnog stroja mogu se poboljšati.