Metode za eliminisanje oscilacija CNC alatnih mašina
CNC alatne mašine igraju važnu ulogu u modernoj industrijskoj proizvodnji. Međutim, problem oscilacija često muči operatere i proizvođače. Razlozi za oscilacije CNC alatnih mašina su relativno složeni. Pored mnogih faktora kao što su neuklonjivi prijenosni zazori, elastična deformacija i otpor trenja u mehaničkom aspektu, utjecaj relevantnih parametara servo sistema je također važan aspekt. Sada će proizvođač CNC alatnih mašina detaljno predstaviti metode za eliminaciju oscilacija CNC alatnih mašina.
I. Smanjenje pojačanja petlje položaja
Proporcionalno-integralno-derivacijski kontroler je multifunkcionalni kontroler koji igra ključnu ulogu u CNC alatnim mašinama. On ne samo da može efikasno izvršiti proporcionalno pojačanje strujnih i naponskih signala, već i podesiti problem kašnjenja ili predugosti izlaznog signala. Oscilacijske greške se ponekad 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 je ključni parametar u sistemu upravljanja CNC alatnih mašina. Kada je pojačanje petlje položaja previsoko, sistem je previše osjetljiv na greške položaja i sklon je izazivanju oscilacija. Smanjenje pojačanja petlje položaja može smanjiti brzinu odziva sistema i time smanjiti mogućnost oscilacija.
Prilikom podešavanja pojačanja pozicijske petlje, potrebno ga je razumno podesiti u skladu sa specifičnim modelom alatne mašine i zahtjevima obrade. Generalno govoreći, pojačanje pozicijske petlje se prvo može smanjiti na relativno nizak nivo, a zatim postepeno povećavati uz posmatranje rada alatne mašine dok se ne pronađe optimalna vrijednost koja može zadovoljiti zahtjeve tačnosti obrade i izbjeći oscilacije.
Proporcionalno-integralno-derivacijski kontroler je multifunkcionalni kontroler koji igra ključnu ulogu u CNC alatnim mašinama. On ne samo da može efikasno izvršiti proporcionalno pojačanje strujnih i naponskih signala, već i podesiti problem kašnjenja ili predugosti izlaznog signala. Oscilacijske greške se ponekad 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 je ključni parametar u sistemu upravljanja CNC alatnih mašina. Kada je pojačanje petlje položaja previsoko, sistem je previše osjetljiv na greške položaja i sklon je izazivanju oscilacija. Smanjenje pojačanja petlje položaja može smanjiti brzinu odziva sistema i time smanjiti mogućnost oscilacija.
Prilikom podešavanja pojačanja pozicijske petlje, potrebno ga je razumno podesiti u skladu sa specifičnim modelom alatne mašine i zahtjevima obrade. Generalno govoreći, pojačanje pozicijske petlje se prvo može smanjiti na relativno nizak nivo, a zatim postepeno povećavati uz posmatranje rada alatne mašine dok se ne pronađe optimalna vrijednost koja može zadovoljiti zahtjeve tačnosti obrade i izbjeći oscilacije.
II. Podešavanje parametara servo sistema zatvorene petlje
Servo sistem poluzatvorene petlje
Neki CNC servo sistemi koriste uređaje poluzatvorene petlje. Prilikom podešavanja servo sistema poluzatvorene petlje, potrebno je osigurati da lokalni sistem poluzatvorene petlje ne oscilira. Budući da servo sistem potpuno zatvorene petlje vrši podešavanje parametara pod pretpostavkom da je njegov lokalni sistem poluzatvorene petlje stabilan, ta dva sistema su slična u metodama podešavanja.
Servo sistem poluzatvorene petlje indirektno vraća informacije o položaju alatne mašine detektovanjem ugla rotacije ili brzine motora. Prilikom podešavanja parametara, potrebno je obratiti pažnju na sljedeće aspekte:
(1) Parametri petlje brzine: Postavke pojačanja petlje brzine i integralne vremenske konstante imaju veliki utjecaj na stabilnost i brzinu odziva sistema. Preveliko pojačanje petlje brzine dovest će do prebrzog odziva sistema i sklono je generiranju oscilacija; dok će predugačka integralna vremenska konstanta usporiti odziv sistema i uticati na efikasnost obrade.
(2) Parametri petlje položaja: Podešavanje pojačanja petlje položaja i parametara filtera može poboljšati tačnost položaja i stabilnost sistema. Previsoko pojačanje petlje položaja će uzrokovati oscilacije, a filter može filtrirati visokofrekventni šum u signalu povratne sprege i poboljšati stabilnost sistema.
Servo sistem sa potpuno zatvorenom petljom
Servo sistem sa potpuno zatvorenom petljom ostvaruje preciznu kontrolu položaja direktnim detektovanjem stvarnog položaja alatne mašine. Prilikom podešavanja servo sistema sa potpuno zatvorenom petljom, parametre je potrebno pažljivije odabrati kako bi se osigurala stabilnost i tačnost sistema.
Podešavanje parametara servo sistema sa potpuno zatvorenom petljom uglavnom uključuje sljedeće aspekte:
(1) Pojačanje petlje položaja: Slično sistemu sa poluzatvorenom petljom, previsoko pojačanje petlje položaja dovest će do oscilacija. Međutim, budući da sistem sa potpuno zatvorenom petljom preciznije detektuje greške položaja, pojačanje petlje položaja može se postaviti relativno visoko kako bi se poboljšala tačnost položaja sistema.
(2) Parametri petlje brzine: Postavke pojačanja petlje brzine i integralne vremenske konstante potrebno je prilagoditi prema dinamičkim karakteristikama i zahtjevima obrade alatne mašine. Općenito govoreći, pojačanje petlje brzine može se postaviti na nešto više od pojačanja sistema poluzatvorene petlje kako bi se poboljšala brzina odziva sistema.
(3) Parametri filtera: Sistem sa potpuno zatvorenom petljom je osjetljiviji na šum u signalu povratne sprege, tako da je potrebno postaviti odgovarajuće parametre filtera kako bi se filtrirao šum. Vrsta i odabir parametara filtera treba prilagoditi prema specifičnom scenariju primjene.
Servo sistem poluzatvorene petlje
Neki CNC servo sistemi koriste uređaje poluzatvorene petlje. Prilikom podešavanja servo sistema poluzatvorene petlje, potrebno je osigurati da lokalni sistem poluzatvorene petlje ne oscilira. Budući da servo sistem potpuno zatvorene petlje vrši podešavanje parametara pod pretpostavkom da je njegov lokalni sistem poluzatvorene petlje stabilan, ta dva sistema su slična u metodama podešavanja.
Servo sistem poluzatvorene petlje indirektno vraća informacije o položaju alatne mašine detektovanjem ugla rotacije ili brzine motora. Prilikom podešavanja parametara, potrebno je obratiti pažnju na sljedeće aspekte:
(1) Parametri petlje brzine: Postavke pojačanja petlje brzine i integralne vremenske konstante imaju veliki utjecaj na stabilnost i brzinu odziva sistema. Preveliko pojačanje petlje brzine dovest će do prebrzog odziva sistema i sklono je generiranju oscilacija; dok će predugačka integralna vremenska konstanta usporiti odziv sistema i uticati na efikasnost obrade.
(2) Parametri petlje položaja: Podešavanje pojačanja petlje položaja i parametara filtera može poboljšati tačnost položaja i stabilnost sistema. Previsoko pojačanje petlje položaja će uzrokovati oscilacije, a filter može filtrirati visokofrekventni šum u signalu povratne sprege i poboljšati stabilnost sistema.
Servo sistem sa potpuno zatvorenom petljom
Servo sistem sa potpuno zatvorenom petljom ostvaruje preciznu kontrolu položaja direktnim detektovanjem stvarnog položaja alatne mašine. Prilikom podešavanja servo sistema sa potpuno zatvorenom petljom, parametre je potrebno pažljivije odabrati kako bi se osigurala stabilnost i tačnost sistema.
Podešavanje parametara servo sistema sa potpuno zatvorenom petljom uglavnom uključuje sljedeće aspekte:
(1) Pojačanje petlje položaja: Slično sistemu sa poluzatvorenom petljom, previsoko pojačanje petlje položaja dovest će do oscilacija. Međutim, budući da sistem sa potpuno zatvorenom petljom preciznije detektuje greške položaja, pojačanje petlje položaja može se postaviti relativno visoko kako bi se poboljšala tačnost položaja sistema.
(2) Parametri petlje brzine: Postavke pojačanja petlje brzine i integralne vremenske konstante potrebno je prilagoditi prema dinamičkim karakteristikama i zahtjevima obrade alatne mašine. Općenito govoreći, pojačanje petlje brzine može se postaviti na nešto više od pojačanja sistema poluzatvorene petlje kako bi se poboljšala brzina odziva sistema.
(3) Parametri filtera: Sistem sa potpuno zatvorenom petljom je osjetljiviji na šum u signalu povratne sprege, tako da je potrebno postaviti odgovarajuće parametre filtera kako bi se filtrirao šum. Vrsta i odabir parametara filtera treba prilagoditi prema specifičnom scenariju primjene.
III. Usvajanje funkcije supresije visoke frekvencije
Gornja diskusija se odnosi na metodu optimizacije parametara za niskofrekventne oscilacije. Ponekad, CNC sistem CNC alatnih mašina generiše povratne signale koji sadrže visokofrekventne harmonike zbog određenih razloga oscilacija u mehaničkom dijelu, što čini izlazni obrtni moment nestabilnim i na taj način generiše vibracije. Za ovu situaciju visokofrekventnih oscilacija, petlji brzine može se dodati niskopropusni filter prvog reda, koji se naziva filter obrtnog momenta.
Filter momenta može efikasno filtrirati visokofrekventne harmonike u povratnom signalu, čineći izlazni moment stabilnijim i time smanjujući vibracije. Prilikom odabira parametara filtera momenta, potrebno je uzeti u obzir sljedeće faktore:
(1) Granična frekvencija: Granična frekvencija određuje stepen slabljenja filtera na visokofrekventne signale. Preniska granična frekvencija će uticati na brzinu odziva sistema, dok previsoka granična frekvencija neće moći efikasno filtrirati visokofrekventne harmonike.
(2) Vrsta filtera: Uobičajene vrste filtera uključuju Butterworthov filter, Čebiševljev filter itd. Različite vrste filtera imaju različite karakteristike frekvencijskog odziva i potrebno ih je odabrati prema specifičnom scenariju primjene.
(3) Redoslijed filtera: Što je viši red filtera, to je bolji efekat slabljenja visokofrekventnih signala, ali istovremeno će se povećati i računarsko opterećenje sistema. Prilikom odabira redoslijeda filtera, performanse i računarski resursi sistema moraju se sveobuhvatno uzeti u obzir.
Gornja diskusija se odnosi na metodu optimizacije parametara za niskofrekventne oscilacije. Ponekad, CNC sistem CNC alatnih mašina generiše povratne signale koji sadrže visokofrekventne harmonike zbog određenih razloga oscilacija u mehaničkom dijelu, što čini izlazni obrtni moment nestabilnim i na taj način generiše vibracije. Za ovu situaciju visokofrekventnih oscilacija, petlji brzine može se dodati niskopropusni filter prvog reda, koji se naziva filter obrtnog momenta.
Filter momenta može efikasno filtrirati visokofrekventne harmonike u povratnom signalu, čineći izlazni moment stabilnijim i time smanjujući vibracije. Prilikom odabira parametara filtera momenta, potrebno je uzeti u obzir sljedeće faktore:
(1) Granična frekvencija: Granična frekvencija određuje stepen slabljenja filtera na visokofrekventne signale. Preniska granična frekvencija će uticati na brzinu odziva sistema, dok previsoka granična frekvencija neće moći efikasno filtrirati visokofrekventne harmonike.
(2) Vrsta filtera: Uobičajene vrste filtera uključuju Butterworthov filter, Čebiševljev filter itd. Različite vrste filtera imaju različite karakteristike frekvencijskog odziva i potrebno ih je odabrati prema specifičnom scenariju primjene.
(3) Redoslijed filtera: Što je viši red filtera, to je bolji efekat slabljenja visokofrekventnih signala, ali istovremeno će se povećati i računarsko opterećenje sistema. Prilikom odabira redoslijeda filtera, performanse i računarski resursi sistema moraju se sveobuhvatno uzeti u obzir.
Pored toga, kako bi se dodatno eliminisale oscilacije CNC alatnih mašina, mogu se preduzeti i sledeće mere:
Optimizirajte mehaničku strukturu
Provjerite mehaničke dijelove alatne mašine, kao što su vodilice, vodeći vijci, ležajevi itd., kako biste osigurali da njihova tačnost ugradnje i zazor ispunjavaju zahtjeve. Jako istrošene dijelove zamijenite ili popravite na vrijeme. Istovremeno, razumno podesite protivteg i ravnotežu alatne mašine kako biste smanjili stvaranje mehaničkih vibracija.
Poboljšajte sposobnost kontrolnog sistema da se zaštiti od smetnji
Upravljački sistem CNC alatnih mašina lako je pod utjecajem vanjskih smetnji, kao što su elektromagnetske smetnje, fluktuacije snage itd. Kako bi se poboljšala sposobnost upravljačkog sistema da se zaštiti od smetnji, mogu se poduzeti sljedeće mjere:
(1) Usvojite oklopljene kablove i mjere uzemljenja kako biste smanjili utjecaj elektromagnetskih smetnji.
(2) Instalirajte filtere za napajanje kako biste stabilizirali napon napajanja.
(3) Optimizirati softverski algoritam kontrolnog sistema kako bi se poboljšale performanse sistema protiv interferencije.
Redovno održavanje i održavanje
Redovno vršite održavanje i remont CNC alatnih mašina, čistite različite dijelove alatne mašine, provjeravajte radne uslove sistema podmazivanja i sistema hlađenja i pravovremeno mijenjajte istrošene dijelove i ulje za podmazivanje. Ovo može osigurati stabilan rad alatne mašine i smanjiti pojavu oscilacija.
Optimizirajte mehaničku strukturu
Provjerite mehaničke dijelove alatne mašine, kao što su vodilice, vodeći vijci, ležajevi itd., kako biste osigurali da njihova tačnost ugradnje i zazor ispunjavaju zahtjeve. Jako istrošene dijelove zamijenite ili popravite na vrijeme. Istovremeno, razumno podesite protivteg i ravnotežu alatne mašine kako biste smanjili stvaranje mehaničkih vibracija.
Poboljšajte sposobnost kontrolnog sistema da se zaštiti od smetnji
Upravljački sistem CNC alatnih mašina lako je pod utjecajem vanjskih smetnji, kao što su elektromagnetske smetnje, fluktuacije snage itd. Kako bi se poboljšala sposobnost upravljačkog sistema da se zaštiti od smetnji, mogu se poduzeti sljedeće mjere:
(1) Usvojite oklopljene kablove i mjere uzemljenja kako biste smanjili utjecaj elektromagnetskih smetnji.
(2) Instalirajte filtere za napajanje kako biste stabilizirali napon napajanja.
(3) Optimizirati softverski algoritam kontrolnog sistema kako bi se poboljšale performanse sistema protiv interferencije.
Redovno održavanje i održavanje
Redovno vršite održavanje i remont CNC alatnih mašina, čistite različite dijelove alatne mašine, provjeravajte radne uslove sistema podmazivanja i sistema hlađenja i pravovremeno mijenjajte istrošene dijelove i ulje za podmazivanje. Ovo može osigurati stabilan rad alatne mašine i smanjiti pojavu oscilacija.
Zaključno, eliminacija oscilacija CNC alatnih mašina zahtijeva sveobuhvatno razmatranje mehaničkih i električnih faktora. Razumnim podešavanjem parametara servo sistema, usvajanjem funkcije supresije visokih frekvencija, optimizacijom mehaničke strukture, poboljšanjem sposobnosti upravljačkog sistema da spriječi interferenciju i redovnim održavanjem, pojava oscilacija se može efikasno smanjiti, a tačnost obrade i stabilnost alatne mašine poboljšati.