《Metody eliminacji oscylacji obrabiarek CNC》
Obrabiarki CNC odgrywają ważną rolę we współczesnej produkcji przemysłowej. Jednak problem oscylacji często dotyka operatorów i producentów. Przyczyny oscylacji obrabiarek CNC są stosunkowo złożone. Oprócz wielu czynników, takich jak nieusuwalne szczeliny przekładni, odkształcenia sprężyste i opory tarcia w aspekcie mechanicznym, istotny jest również wpływ odpowiednich parametrów układu serwo. Producent obrabiarek CNC przedstawi teraz szczegółowo metody eliminacji oscylacji obrabiarek CNC.
I. Zmniejszenie wzmocnienia pętli położenia
Regulator proporcjonalno-całkująco-różniczkujący to wielofunkcyjny regulator, który odgrywa kluczową rolę w obrabiarkach CNC. Potrafi on nie tylko efektywnie regulować wzmocnienie proporcjonalne sygnałów prądowych i napięciowych, ale także korygować opóźnienia lub wyprzedzenia sygnału wyjściowego. Czasami występują błędy oscylacji z powodu opóźnień lub wyprzedzeń prądu i napięcia wyjściowego. W tym przypadku regulator PID może być użyty do regulacji fazy prądu i napięcia wyjściowego.
Wzmocnienie pętli położenia jest kluczowym parametrem w systemie sterowania obrabiarek CNC. Zbyt wysokie wzmocnienie pętli położenia powoduje nadmierną wrażliwość systemu na błędy położenia i skłonność do oscylacji. Zmniejszenie wzmocnienia pętli położenia może zmniejszyć szybkość reakcji systemu, a tym samym ryzyko wystąpienia oscylacji.
Podczas regulacji wzmocnienia pętli położenia, należy je rozsądnie ustawić, zgodnie z konkretnym modelem obrabiarki i wymaganiami obróbki. Ogólnie rzecz biorąc, wzmocnienie pętli położenia można najpierw zredukować do stosunkowo niskiego poziomu, a następnie stopniowo zwiększać, obserwując pracę obrabiarki, aż do znalezienia optymalnej wartości, która spełni wymagania dotyczące dokładności obróbki i zapobiegnie oscylacjom.
Regulator proporcjonalno-całkująco-różniczkujący to wielofunkcyjny regulator, który odgrywa kluczową rolę w obrabiarkach CNC. Potrafi on nie tylko efektywnie regulować wzmocnienie proporcjonalne sygnałów prądowych i napięciowych, ale także korygować opóźnienia lub wyprzedzenia sygnału wyjściowego. Czasami występują błędy oscylacji z powodu opóźnień lub wyprzedzeń prądu i napięcia wyjściowego. W tym przypadku regulator PID może być użyty do regulacji fazy prądu i napięcia wyjściowego.
Wzmocnienie pętli położenia jest kluczowym parametrem w systemie sterowania obrabiarek CNC. Zbyt wysokie wzmocnienie pętli położenia powoduje nadmierną wrażliwość systemu na błędy położenia i skłonność do oscylacji. Zmniejszenie wzmocnienia pętli położenia może zmniejszyć szybkość reakcji systemu, a tym samym ryzyko wystąpienia oscylacji.
Podczas regulacji wzmocnienia pętli położenia, należy je rozsądnie ustawić, zgodnie z konkretnym modelem obrabiarki i wymaganiami obróbki. Ogólnie rzecz biorąc, wzmocnienie pętli położenia można najpierw zredukować do stosunkowo niskiego poziomu, a następnie stopniowo zwiększać, obserwując pracę obrabiarki, aż do znalezienia optymalnej wartości, która spełni wymagania dotyczące dokładności obróbki i zapobiegnie oscylacjom.
II. Regulacja parametrów układu serwo w pętli zamkniętej
System serwo z półzamkniętą pętlą
Niektóre serwosystemy CNC wykorzystują układy z pętlą półzamkniętą. Podczas regulacji serwosystemu z pętlą półzamkniętą należy upewnić się, że lokalny układ z pętlą półzamkniętą nie oscyluje. Ponieważ serwosystem z pętlą całkowicie zamkniętą dokonuje regulacji parametrów przy założeniu stabilności lokalnego układu z pętlą półzamkniętą, oba układy mają podobne metody regulacji.
Układ serwo z półzamkniętą pętlą pośrednio przekazuje informacje o położeniu obrabiarki poprzez wykrywanie kąta obrotu lub prędkości silnika. Podczas regulacji parametrów należy zwrócić uwagę na następujące aspekty:
(1) Parametry pętli prędkości: Ustawienia wzmocnienia pętli prędkości i stałej czasowej całkowania mają duży wpływ na stabilność i szybkość reakcji systemu. Zbyt duże wzmocnienie pętli prędkości prowadzi do zbyt szybkiej reakcji systemu i jest podatne na generowanie oscylacji; natomiast zbyt długa stała czasowa całkowania spowalnia reakcję systemu i wpływa na wydajność przetwarzania.
(2) Parametry pętli położenia: Regulacja wzmocnienia pętli położenia i parametrów filtru może poprawić dokładność i stabilność położenia systemu. Zbyt wysokie wzmocnienie pętli położenia spowoduje oscylacje, a filtr może odfiltrować szum o wysokiej częstotliwości w sygnale sprzężenia zwrotnego i poprawić stabilność systemu.
System serwo z pełną zamkniętą pętlą
Układ serwo z zamkniętą pętlą zapewnia precyzyjną kontrolę położenia poprzez bezpośrednie wykrywanie rzeczywistego położenia obrabiarki. Podczas regulacji układu serwo z zamkniętą pętlą parametry muszą być dobierane z większą ostrożnością, aby zapewnić stabilność i dokładność systemu.
Regulacja parametrów układu serwomechanizmu z pełną pętlą zamkniętą obejmuje głównie następujące aspekty:
(1) Wzmocnienie pętli położenia: Podobnie jak w układzie z półzamkniętą pętlą, zbyt wysokie wzmocnienie pętli położenia prowadzi do oscylacji. Ponieważ jednak układ z całkowicie zamkniętą pętlą dokładniej wykrywa błędy położenia, wzmocnienie pętli położenia można ustawić stosunkowo wysoko, aby poprawić dokładność położenia układu.
(2) Parametry pętli prędkości: Ustawienia wzmocnienia pętli prędkości i stałej czasowej całkowania należy dostosować do charakterystyki dynamicznej i wymagań obróbkowych obrabiarki. Ogólnie rzecz biorąc, wzmocnienie pętli prędkości można ustawić nieco wyżej niż w układzie półzamkniętym, aby poprawić szybkość reakcji układu.
(3) Parametry filtru: Układ z pełną pętlą zamkniętą jest bardziej wrażliwy na szum w sygnale sprzężenia zwrotnego, dlatego należy ustawić odpowiednie parametry filtru, aby odfiltrować szum. Typ i dobór parametrów filtru należy dostosować do konkretnego scenariusza zastosowania.
System serwo z półzamkniętą pętlą
Niektóre serwosystemy CNC wykorzystują układy z pętlą półzamkniętą. Podczas regulacji serwosystemu z pętlą półzamkniętą należy upewnić się, że lokalny układ z pętlą półzamkniętą nie oscyluje. Ponieważ serwosystem z pętlą całkowicie zamkniętą dokonuje regulacji parametrów przy założeniu stabilności lokalnego układu z pętlą półzamkniętą, oba układy mają podobne metody regulacji.
Układ serwo z półzamkniętą pętlą pośrednio przekazuje informacje o położeniu obrabiarki poprzez wykrywanie kąta obrotu lub prędkości silnika. Podczas regulacji parametrów należy zwrócić uwagę na następujące aspekty:
(1) Parametry pętli prędkości: Ustawienia wzmocnienia pętli prędkości i stałej czasowej całkowania mają duży wpływ na stabilność i szybkość reakcji systemu. Zbyt duże wzmocnienie pętli prędkości prowadzi do zbyt szybkiej reakcji systemu i jest podatne na generowanie oscylacji; natomiast zbyt długa stała czasowa całkowania spowalnia reakcję systemu i wpływa na wydajność przetwarzania.
(2) Parametry pętli położenia: Regulacja wzmocnienia pętli położenia i parametrów filtru może poprawić dokładność i stabilność położenia systemu. Zbyt wysokie wzmocnienie pętli położenia spowoduje oscylacje, a filtr może odfiltrować szum o wysokiej częstotliwości w sygnale sprzężenia zwrotnego i poprawić stabilność systemu.
System serwo z pełną zamkniętą pętlą
Układ serwo z zamkniętą pętlą zapewnia precyzyjną kontrolę położenia poprzez bezpośrednie wykrywanie rzeczywistego położenia obrabiarki. Podczas regulacji układu serwo z zamkniętą pętlą parametry muszą być dobierane z większą ostrożnością, aby zapewnić stabilność i dokładność systemu.
Regulacja parametrów układu serwomechanizmu z pełną pętlą zamkniętą obejmuje głównie następujące aspekty:
(1) Wzmocnienie pętli położenia: Podobnie jak w układzie z półzamkniętą pętlą, zbyt wysokie wzmocnienie pętli położenia prowadzi do oscylacji. Ponieważ jednak układ z całkowicie zamkniętą pętlą dokładniej wykrywa błędy położenia, wzmocnienie pętli położenia można ustawić stosunkowo wysoko, aby poprawić dokładność położenia układu.
(2) Parametry pętli prędkości: Ustawienia wzmocnienia pętli prędkości i stałej czasowej całkowania należy dostosować do charakterystyki dynamicznej i wymagań obróbkowych obrabiarki. Ogólnie rzecz biorąc, wzmocnienie pętli prędkości można ustawić nieco wyżej niż w układzie półzamkniętym, aby poprawić szybkość reakcji układu.
(3) Parametry filtru: Układ z pełną pętlą zamkniętą jest bardziej wrażliwy na szum w sygnale sprzężenia zwrotnego, dlatego należy ustawić odpowiednie parametry filtru, aby odfiltrować szum. Typ i dobór parametrów filtru należy dostosować do konkretnego scenariusza zastosowania.
III. Zastosowanie funkcji tłumienia wysokich częstotliwości
Powyższa dyskusja dotyczy metody optymalizacji parametrów dla oscylacji niskoczęstotliwościowych. Czasami system CNC obrabiarek CNC generuje sygnały sprzężenia zwrotnego zawierające harmoniczne o wysokiej częstotliwości, co wynika z pewnych przyczyn oscylacji w części mechanicznej, co powoduje, że moment wyjściowy nie jest stały i generuje wibracje. W przypadku takich oscylacji wysokoczęstotliwościowych, do pętli prędkości można dodać filtr dolnoprzepustowy pierwszego rzędu, który jest filtrem momentu obrotowego.
Filtr momentu obrotowego skutecznie filtruje harmoniczne o wysokiej częstotliwości w sygnale sprzężenia zwrotnego, zwiększając stabilność momentu obrotowego na wyjściu i redukując wibracje. Przy doborze parametrów filtra momentu obrotowego należy wziąć pod uwagę następujące czynniki:
(1) Częstotliwość odcięcia: Częstotliwość odcięcia określa stopień tłumienia filtrów dla sygnałów o wysokiej częstotliwości. Zbyt niska częstotliwość odcięcia wpłynie na szybkość reakcji systemu, natomiast zbyt wysoka uniemożliwi skuteczne filtrowanie harmonicznych o wysokiej częstotliwości.
(2) Typ filtra: Do powszechnych typów filtrów należą filtr Butterwortha, filtr Czebyszewa itp. Różne typy filtrów mają różne charakterystyki odpowiedzi częstotliwościowej i muszą być dobierane zgodnie ze specyficznym scenariuszem zastosowania.
(3) Rząd filtrów: Im wyższy rząd filtrów, tym lepszy efekt tłumienia sygnałów o wysokiej częstotliwości, ale jednocześnie zwiększa obciążenie obliczeniowe systemu. Wybierając rząd filtrów, należy kompleksowo uwzględnić wydajność i zasoby obliczeniowe systemu.
Powyższa dyskusja dotyczy metody optymalizacji parametrów dla oscylacji niskoczęstotliwościowych. Czasami system CNC obrabiarek CNC generuje sygnały sprzężenia zwrotnego zawierające harmoniczne o wysokiej częstotliwości, co wynika z pewnych przyczyn oscylacji w części mechanicznej, co powoduje, że moment wyjściowy nie jest stały i generuje wibracje. W przypadku takich oscylacji wysokoczęstotliwościowych, do pętli prędkości można dodać filtr dolnoprzepustowy pierwszego rzędu, który jest filtrem momentu obrotowego.
Filtr momentu obrotowego skutecznie filtruje harmoniczne o wysokiej częstotliwości w sygnale sprzężenia zwrotnego, zwiększając stabilność momentu obrotowego na wyjściu i redukując wibracje. Przy doborze parametrów filtra momentu obrotowego należy wziąć pod uwagę następujące czynniki:
(1) Częstotliwość odcięcia: Częstotliwość odcięcia określa stopień tłumienia filtrów dla sygnałów o wysokiej częstotliwości. Zbyt niska częstotliwość odcięcia wpłynie na szybkość reakcji systemu, natomiast zbyt wysoka uniemożliwi skuteczne filtrowanie harmonicznych o wysokiej częstotliwości.
(2) Typ filtra: Do powszechnych typów filtrów należą filtr Butterwortha, filtr Czebyszewa itp. Różne typy filtrów mają różne charakterystyki odpowiedzi częstotliwościowej i muszą być dobierane zgodnie ze specyficznym scenariuszem zastosowania.
(3) Rząd filtrów: Im wyższy rząd filtrów, tym lepszy efekt tłumienia sygnałów o wysokiej częstotliwości, ale jednocześnie zwiększa obciążenie obliczeniowe systemu. Wybierając rząd filtrów, należy kompleksowo uwzględnić wydajność i zasoby obliczeniowe systemu.
Ponadto w celu dalszego wyeliminowania oscylacji obrabiarek CNC można podjąć następujące działania:
Zoptymalizuj strukturę mechaniczną
Sprawdź części mechaniczne obrabiarki, takie jak szyny prowadzące, śruby pociągowe, łożyska itp., aby upewnić się, że ich dokładność montażu i luz montażowy spełniają wymagania. Części mocno zużyte należy wymienić lub naprawić na czas. Jednocześnie należy odpowiednio wyregulować przeciwwagę i wyważenie obrabiarki, aby ograniczyć generowanie drgań mechanicznych.
Poprawa zdolności przeciwzakłóceniowych układu sterowania
Układ sterowania obrabiarek CNC jest podatny na zakłócenia zewnętrzne, takie jak zakłócenia elektromagnetyczne, wahania napięcia itp. Aby poprawić odporność układu sterowania na zakłócenia, można podjąć następujące środki:
(1) W celu zmniejszenia wpływu zakłóceń elektromagnetycznych należy stosować kable ekranowane i uziemienia.
(2) Zainstaluj filtry sieciowe, aby ustabilizować napięcie zasilania.
(3) Zoptymalizować algorytm oprogramowania układu sterowania w celu poprawy odporności układu na zakłócenia.
Regularna konserwacja i utrzymanie
Regularnie przeprowadzaj konserwację i konserwację obrabiarek CNC, czyść różne części obrabiarki, sprawdzaj stan układu smarowania i chłodzenia oraz wymieniaj zużyte części i olej smarowy na czas. Zapewni to stabilną pracę obrabiarki i zmniejszy występowanie oscylacji.
Zoptymalizuj strukturę mechaniczną
Sprawdź części mechaniczne obrabiarki, takie jak szyny prowadzące, śruby pociągowe, łożyska itp., aby upewnić się, że ich dokładność montażu i luz montażowy spełniają wymagania. Części mocno zużyte należy wymienić lub naprawić na czas. Jednocześnie należy odpowiednio wyregulować przeciwwagę i wyważenie obrabiarki, aby ograniczyć generowanie drgań mechanicznych.
Poprawa zdolności przeciwzakłóceniowych układu sterowania
Układ sterowania obrabiarek CNC jest podatny na zakłócenia zewnętrzne, takie jak zakłócenia elektromagnetyczne, wahania napięcia itp. Aby poprawić odporność układu sterowania na zakłócenia, można podjąć następujące środki:
(1) W celu zmniejszenia wpływu zakłóceń elektromagnetycznych należy stosować kable ekranowane i uziemienia.
(2) Zainstaluj filtry sieciowe, aby ustabilizować napięcie zasilania.
(3) Zoptymalizować algorytm oprogramowania układu sterowania w celu poprawy odporności układu na zakłócenia.
Regularna konserwacja i utrzymanie
Regularnie przeprowadzaj konserwację i konserwację obrabiarek CNC, czyść różne części obrabiarki, sprawdzaj stan układu smarowania i chłodzenia oraz wymieniaj zużyte części i olej smarowy na czas. Zapewni to stabilną pracę obrabiarki i zmniejszy występowanie oscylacji.
Podsumowując, wyeliminowanie oscylacji w obrabiarkach CNC wymaga kompleksowego rozważenia czynników mechanicznych i elektrycznych. Poprzez rozsądne dostosowanie parametrów układu serwo, zastosowanie funkcji tłumienia zakłóceń wysokiej częstotliwości, optymalizację konstrukcji mechanicznej, poprawę odporności układu sterowania na zakłócenia oraz regularną konserwację i utrzymanie, można skutecznie ograniczyć występowanie oscylacji, a także poprawić dokładność i stabilność obróbki obrabiarki.