Metode pentru eliminarea oscilațiilor mașinilor-unelte CNC
Mașinile-unelte CNC joacă un rol important în producția industrială modernă. Cu toate acestea, problema oscilației îi afectează adesea pe operatori și producători. Motivele oscilației mașinilor-unelte CNC sunt relativ complexe. Pe lângă mulți factori, cum ar fi golurile de transmisie nedemontabile, deformarea elastică și rezistența la frecare din punct de vedere mecanic, influența parametrilor relevanți ai sistemului servo este, de asemenea, un aspect important. Acum, producătorul de mașini-unelte CNC va introduce în detaliu metodele de eliminare a oscilației mașinilor-unelte CNC.
I. Reducerea câștigului buclei de poziție
Controlerul proporțional-integral-derivativ este un controler multifuncțional care joacă un rol crucial în mașinile-unelte CNC. Acesta nu numai că poate realiza eficient o amplificare proporțională a semnalelor de curent și tensiune, dar poate și ajusta problema de întârziere sau avans a semnalului de ieșire. Defecțiunile de oscilație apar uneori din cauza întârzierii sau avansului curentului și tensiunii de ieșire. În acest caz, PID-ul poate fi utilizat pentru a ajusta faza curentului și tensiunii de ieșire.
Câștigul buclei de poziție este un parametru cheie în sistemul de control al mașinilor-unelte CNC. Atunci când amplificarea buclei de poziție este prea mare, sistemul devine prea sensibil la erorile de poziție și este predispus la oscilații. Reducerea amplificarii buclei de poziție poate reduce viteza de răspuns a sistemului și, prin urmare, poate reduce posibilitatea de oscilație.
La reglarea amplificării buclei de poziție, aceasta trebuie setată în mod rezonabil în funcție de modelul specific al mașinii-unelte și de cerințele de procesare. În general, amplificarea buclei de poziție poate fi redusă mai întâi la un nivel relativ scăzut, apoi crescută treptat, observând funcționarea mașinii-unelte, până când se găsește o valoare optimă care să îndeplinească cerințele de precizie a procesării și să evite oscilațiile.
Controlerul proporțional-integral-derivativ este un controler multifuncțional care joacă un rol crucial în mașinile-unelte CNC. Acesta nu numai că poate realiza eficient o amplificare proporțională a semnalelor de curent și tensiune, dar poate și ajusta problema de întârziere sau avans a semnalului de ieșire. Defecțiunile de oscilație apar uneori din cauza întârzierii sau avansului curentului și tensiunii de ieșire. În acest caz, PID-ul poate fi utilizat pentru a ajusta faza curentului și tensiunii de ieșire.
Câștigul buclei de poziție este un parametru cheie în sistemul de control al mașinilor-unelte CNC. Atunci când amplificarea buclei de poziție este prea mare, sistemul devine prea sensibil la erorile de poziție și este predispus la oscilații. Reducerea amplificarii buclei de poziție poate reduce viteza de răspuns a sistemului și, prin urmare, poate reduce posibilitatea de oscilație.
La reglarea amplificării buclei de poziție, aceasta trebuie setată în mod rezonabil în funcție de modelul specific al mașinii-unelte și de cerințele de procesare. În general, amplificarea buclei de poziție poate fi redusă mai întâi la un nivel relativ scăzut, apoi crescută treptat, observând funcționarea mașinii-unelte, până când se găsește o valoare optimă care să îndeplinească cerințele de precizie a procesării și să evite oscilațiile.
II. Reglarea parametrilor sistemului servo în buclă închisă
Sistem servo cu buclă semi-închisă
Unele sisteme servo CNC utilizează dispozitive în buclă semi-închisă. La reglarea sistemului servo în buclă semi-închisă, este necesar să se asigure că sistemul local în buclă semi-închisă nu oscilează. Deoarece sistemul servo în buclă completă închisă efectuează reglarea parametrilor pornind de la premisa că sistemul local în buclă semi-închisă este stabil, cele două sunt similare în ceea ce privește metodele de reglare.
Sistemul servo cu buclă semi-închisă transmite indirect informațiile de poziție ale mașinii-unelte prin detectarea unghiului de rotație sau a vitezei motorului. La reglarea parametrilor, trebuie acordată atenție următoarelor aspecte:
(1) Parametrii buclei de viteză: Setările amplificării buclei de viteză și ale constantei de timp integrale au o influență semnificativă asupra stabilității și vitezei de răspuns a sistemului. O amplificării buclei de viteză prea mare va duce la un răspuns prea rapid al sistemului și este predispusă la generarea de oscilații; în timp ce o constantă de timp integrală prea lungă va încetini răspunsul sistemului și va afecta eficiența procesării.
(2) Parametrii buclei de poziție: Ajustarea parametrilor de amplificare a buclei de poziție și ai filtrului poate îmbunătăți precizia poziției și stabilitatea sistemului. Un amplific prea mare al buclei de poziție va cauza oscilații, iar filtrul poate elimina zgomotul de înaltă frecvență din semnalul de feedback și poate îmbunătăți stabilitatea sistemului.
Sistem servo complet cu buclă închisă
Sistemul servo în buclă închisă completă realizează un control precis al poziției prin detectarea directă a poziției reale a mașinii-unelte. La reglarea sistemului servo în buclă închisă completă, parametrii trebuie selectați mai atent pentru a asigura stabilitatea și precizia sistemului.
Reglarea parametrilor sistemului servo cu buclă închisă completă include în principal următoarele aspecte:
(1) Câștigul buclei de poziție: Similar sistemului cu buclă semi-închisă, un câștig prea mare al buclei de poziție va duce la oscilații. Cu toate acestea, deoarece sistemul cu buclă complet închisă detectează erorile de poziție mai precis, câștigul buclei de poziție poate fi setat la o valoare relativ mare pentru a îmbunătăți precizia poziției sistemului.
(2) Parametrii buclei de viteză: Setările amplificării buclei de viteză și ale constantei de timp integrale trebuie ajustate în funcție de caracteristicile dinamice și cerințele de procesare ale mașinii-unelte. În general, amplificarea buclei de viteză poate fi setată puțin mai mare decât cea a sistemului cu buclă semi-închisă pentru a îmbunătăți viteza de răspuns a sistemului.
(3) Parametrii filtrului: Sistemul cu buclă închisă completă este mai sensibil la zgomotul din semnalul de feedback, așadar trebuie setați parametrii de filtrare corespunzători pentru a elimina zgomotul. Tipul și selecția parametrilor filtrului trebuie ajustate în funcție de scenariul specific al aplicației.
Sistem servo cu buclă semi-închisă
Unele sisteme servo CNC utilizează dispozitive în buclă semi-închisă. La reglarea sistemului servo în buclă semi-închisă, este necesar să se asigure că sistemul local în buclă semi-închisă nu oscilează. Deoarece sistemul servo în buclă completă închisă efectuează reglarea parametrilor pornind de la premisa că sistemul local în buclă semi-închisă este stabil, cele două sunt similare în ceea ce privește metodele de reglare.
Sistemul servo cu buclă semi-închisă transmite indirect informațiile de poziție ale mașinii-unelte prin detectarea unghiului de rotație sau a vitezei motorului. La reglarea parametrilor, trebuie acordată atenție următoarelor aspecte:
(1) Parametrii buclei de viteză: Setările amplificării buclei de viteză și ale constantei de timp integrale au o influență semnificativă asupra stabilității și vitezei de răspuns a sistemului. O amplificării buclei de viteză prea mare va duce la un răspuns prea rapid al sistemului și este predispusă la generarea de oscilații; în timp ce o constantă de timp integrală prea lungă va încetini răspunsul sistemului și va afecta eficiența procesării.
(2) Parametrii buclei de poziție: Ajustarea parametrilor de amplificare a buclei de poziție și ai filtrului poate îmbunătăți precizia poziției și stabilitatea sistemului. Un amplific prea mare al buclei de poziție va cauza oscilații, iar filtrul poate elimina zgomotul de înaltă frecvență din semnalul de feedback și poate îmbunătăți stabilitatea sistemului.
Sistem servo complet cu buclă închisă
Sistemul servo în buclă închisă completă realizează un control precis al poziției prin detectarea directă a poziției reale a mașinii-unelte. La reglarea sistemului servo în buclă închisă completă, parametrii trebuie selectați mai atent pentru a asigura stabilitatea și precizia sistemului.
Reglarea parametrilor sistemului servo cu buclă închisă completă include în principal următoarele aspecte:
(1) Câștigul buclei de poziție: Similar sistemului cu buclă semi-închisă, un câștig prea mare al buclei de poziție va duce la oscilații. Cu toate acestea, deoarece sistemul cu buclă complet închisă detectează erorile de poziție mai precis, câștigul buclei de poziție poate fi setat la o valoare relativ mare pentru a îmbunătăți precizia poziției sistemului.
(2) Parametrii buclei de viteză: Setările amplificării buclei de viteză și ale constantei de timp integrale trebuie ajustate în funcție de caracteristicile dinamice și cerințele de procesare ale mașinii-unelte. În general, amplificarea buclei de viteză poate fi setată puțin mai mare decât cea a sistemului cu buclă semi-închisă pentru a îmbunătăți viteza de răspuns a sistemului.
(3) Parametrii filtrului: Sistemul cu buclă închisă completă este mai sensibil la zgomotul din semnalul de feedback, așadar trebuie setați parametrii de filtrare corespunzători pentru a elimina zgomotul. Tipul și selecția parametrilor filtrului trebuie ajustate în funcție de scenariul specific al aplicației.
III. Adoptarea funcției de suprimare a frecvențelor înalte
Discuția de mai sus se referă la metoda de optimizare a parametrilor pentru oscilația de joasă frecvență. Uneori, sistemul CNC al mașinilor-unelte CNC va genera semnale de feedback care conțin armonice de înaltă frecvență din cauza anumitor motive de oscilație în partea mecanică, ceea ce face ca cuplul de ieșire să nu fie constant și, prin urmare, generează vibrații. Pentru această situație de oscilație de înaltă frecvență, se poate adăuga la bucla de viteză o legătură de filtrare trece-jos de ordinul întâi, care este filtrul de cuplu.
Filtrul de cuplu poate filtra eficient armonicele de înaltă frecvență din semnalul de feedback, făcând cuplul de ieșire mai stabil și reducând astfel vibrațiile. La selectarea parametrilor filtrului de cuplu, trebuie luați în considerare următorii factori:
(1) Frecvența de tăiere: Frecvența de tăiere determină gradul de atenuare al filtrului la semnalele de înaltă frecvență. O frecvență de tăiere prea mică va afecta viteza de răspuns a sistemului, în timp ce o frecvență de tăiere prea mare nu va putea filtra eficient armonicele de înaltă frecvență.
(2) Tipul filtrului: Printre tipurile comune de filtre se numără filtrul Butterworth, filtrul Cebîșev etc. Diferite tipuri de filtre au caracteristici diferite de răspuns în frecvență și trebuie selectate în funcție de scenariul specific al aplicației.
(3) Ordinea filtrului: Cu cât ordinea filtrului este mai mare, cu atât efectul de atenuare asupra semnalelor de înaltă frecvență este mai bun, dar, în același timp, va crește și sarcina de calcul a sistemului. La selectarea ordinii filtrului, performanța și resursele de calcul ale sistemului trebuie luate în considerare în mod cuprinzător.
Discuția de mai sus se referă la metoda de optimizare a parametrilor pentru oscilația de joasă frecvență. Uneori, sistemul CNC al mașinilor-unelte CNC va genera semnale de feedback care conțin armonice de înaltă frecvență din cauza anumitor motive de oscilație în partea mecanică, ceea ce face ca cuplul de ieșire să nu fie constant și, prin urmare, generează vibrații. Pentru această situație de oscilație de înaltă frecvență, se poate adăuga la bucla de viteză o legătură de filtrare trece-jos de ordinul întâi, care este filtrul de cuplu.
Filtrul de cuplu poate filtra eficient armonicele de înaltă frecvență din semnalul de feedback, făcând cuplul de ieșire mai stabil și reducând astfel vibrațiile. La selectarea parametrilor filtrului de cuplu, trebuie luați în considerare următorii factori:
(1) Frecvența de tăiere: Frecvența de tăiere determină gradul de atenuare al filtrului la semnalele de înaltă frecvență. O frecvență de tăiere prea mică va afecta viteza de răspuns a sistemului, în timp ce o frecvență de tăiere prea mare nu va putea filtra eficient armonicele de înaltă frecvență.
(2) Tipul filtrului: Printre tipurile comune de filtre se numără filtrul Butterworth, filtrul Cebîșev etc. Diferite tipuri de filtre au caracteristici diferite de răspuns în frecvență și trebuie selectate în funcție de scenariul specific al aplicației.
(3) Ordinea filtrului: Cu cât ordinea filtrului este mai mare, cu atât efectul de atenuare asupra semnalelor de înaltă frecvență este mai bun, dar, în același timp, va crește și sarcina de calcul a sistemului. La selectarea ordinii filtrului, performanța și resursele de calcul ale sistemului trebuie luate în considerare în mod cuprinzător.
În plus, pentru a elimina și mai mult oscilația mașinilor-unelte CNC, se pot lua și următoarele măsuri:
Optimizați structura mecanică
Verificați componentele mecanice ale mașinii-unelte, cum ar fi șinele de ghidare, șuruburile de acționare, rulmenții etc., pentru a vă asigura că precizia instalării și jocul de fixare îndeplinesc cerințele. În cazul componentelor uzate sever, înlocuiți-le sau reparați-le la timp. În același timp, reglați în mod rezonabil contragreutatea și echilibrul mașinii-unelte pentru a reduce generarea de vibrații mecanice.
Îmbunătățirea capacității anti-interferențe a sistemului de control
Sistemul de control al mașinilor-unelte CNC este ușor afectat de interferențe externe, cum ar fi interferențele electromagnetice, fluctuațiile de putere etc. Pentru a îmbunătăți capacitatea anti-interferențe a sistemului de control, se pot lua următoarele măsuri:
(1) Adoptarea cablurilor ecranate și a măsurilor de împământare pentru a reduce influența interferențelor electromagnetice.
(2) Instalați filtre de alimentare pentru a stabiliza tensiunea de alimentare.
(3) Optimizarea algoritmului software al sistemului de control pentru a îmbunătăți performanța anti-interferențe a sistemului.
Întreținere și întreținere regulată
Efectuați periodic lucrări de întreținere și întreținere la mașinile-unelte CNC, curățați diverse componente ale mașinii-unelte, verificați condițiile de funcționare ale sistemului de lubrifiere și ale sistemului de răcire și înlocuiți la timp piesele uzate și uleiul de lubrifiere. Acest lucru poate asigura performanța stabilă a mașinii-unelte și poate reduce apariția oscilațiilor.
Optimizați structura mecanică
Verificați componentele mecanice ale mașinii-unelte, cum ar fi șinele de ghidare, șuruburile de acționare, rulmenții etc., pentru a vă asigura că precizia instalării și jocul de fixare îndeplinesc cerințele. În cazul componentelor uzate sever, înlocuiți-le sau reparați-le la timp. În același timp, reglați în mod rezonabil contragreutatea și echilibrul mașinii-unelte pentru a reduce generarea de vibrații mecanice.
Îmbunătățirea capacității anti-interferențe a sistemului de control
Sistemul de control al mașinilor-unelte CNC este ușor afectat de interferențe externe, cum ar fi interferențele electromagnetice, fluctuațiile de putere etc. Pentru a îmbunătăți capacitatea anti-interferențe a sistemului de control, se pot lua următoarele măsuri:
(1) Adoptarea cablurilor ecranate și a măsurilor de împământare pentru a reduce influența interferențelor electromagnetice.
(2) Instalați filtre de alimentare pentru a stabiliza tensiunea de alimentare.
(3) Optimizarea algoritmului software al sistemului de control pentru a îmbunătăți performanța anti-interferențe a sistemului.
Întreținere și întreținere regulată
Efectuați periodic lucrări de întreținere și întreținere la mașinile-unelte CNC, curățați diverse componente ale mașinii-unelte, verificați condițiile de funcționare ale sistemului de lubrifiere și ale sistemului de răcire și înlocuiți la timp piesele uzate și uleiul de lubrifiere. Acest lucru poate asigura performanța stabilă a mașinii-unelte și poate reduce apariția oscilațiilor.
În concluzie, eliminarea oscilațiilor mașinilor-unelte CNC necesită o analiză cuprinzătoare a factorilor mecanici și electrici. Prin ajustarea rezonabilă a parametrilor sistemului servo, adoptarea funcției de suprimare a frecvenței înalte, optimizarea structurii mecanice, îmbunătățirea capacității anti-interferențe a sistemului de control și efectuarea întreținerii și întreținerii regulate, apariția oscilațiilor poate fi redusă eficient, iar precizia și stabilitatea prelucrării mașinii-unelte pot fi îmbunătățite.