《Módszerek a CNC szerszámgépek oszcillációjának kiküszöbölésére》
A CNC szerszámgépek fontos szerepet játszanak a modern ipari termelésben. Az oszcilláció problémája azonban gyakran sújtja a kezelőket és a gyártókat. A CNC szerszámgépek oszcillációjának okai viszonylag összetettek. Számos tényező, például az eltávolíthatatlan átviteli rések, a rugalmas deformáció és a súrlódási ellenállás mellett a mechanikai szempontból a szervorendszer releváns paramétereinek hatása is fontos szempont. Most a CNC szerszámgépgyártó részletesen bemutatja a CNC szerszámgépek oszcillációjának kiküszöbölésére szolgáló módszereket.
I. A pozícióhurok erősítésének csökkentése
A proporcionális-integrál-deriváló szabályozó egy multifunkcionális vezérlő, amely kulcsfontosságú szerepet játszik a CNC szerszámgépekben. Nemcsak hatékonyan képes proporcionális erősítést végezni az áram- és feszültségjeleken, hanem a kimeneti jel késleltetési vagy vezetési problémáját is korrigálja. A kimeneti áram és feszültség késleltetése vagy vezetése miatt néha oszcillációs hibák lépnek fel. Ilyenkor a PID segítségével állítható be a kimeneti áram és feszültség fázisa.
A pozícióhurok-erősítés kulcsfontosságú paraméter a CNC szerszámgépek vezérlőrendszerében. Ha a pozícióhurok-erősítés túl magas, a rendszer túlságosan érzékeny a pozícióhibákra, és hajlamos az oszcillációra. A pozícióhurok-erősítés csökkentése csökkentheti a rendszer válaszidejét, és így csökkentheti az oszcilláció lehetőségét.
A pozícióhurok-erősítés beállításakor azt az adott szerszámgép modelljének és a feldolgozási követelményeknek megfelelően kell ésszerűen beállítani. Általánosságban elmondható, hogy a pozícióhurok-erősítést először viszonylag alacsony szintre kell csökkenteni, majd fokozatosan növelni kell a szerszámgép működésének megfigyelése közben, amíg meg nem találják az optimális értéket, amely megfelel a feldolgozási pontossági követelményeknek és elkerüli az oszcillációt.
A proporcionális-integrál-deriváló szabályozó egy multifunkcionális vezérlő, amely kulcsfontosságú szerepet játszik a CNC szerszámgépekben. Nemcsak hatékonyan képes proporcionális erősítést végezni az áram- és feszültségjeleken, hanem a kimeneti jel késleltetési vagy vezetési problémáját is korrigálja. A kimeneti áram és feszültség késleltetése vagy vezetése miatt néha oszcillációs hibák lépnek fel. Ilyenkor a PID segítségével állítható be a kimeneti áram és feszültség fázisa.
A pozícióhurok-erősítés kulcsfontosságú paraméter a CNC szerszámgépek vezérlőrendszerében. Ha a pozícióhurok-erősítés túl magas, a rendszer túlságosan érzékeny a pozícióhibákra, és hajlamos az oszcillációra. A pozícióhurok-erősítés csökkentése csökkentheti a rendszer válaszidejét, és így csökkentheti az oszcilláció lehetőségét.
A pozícióhurok-erősítés beállításakor azt az adott szerszámgép modelljének és a feldolgozási követelményeknek megfelelően kell ésszerűen beállítani. Általánosságban elmondható, hogy a pozícióhurok-erősítést először viszonylag alacsony szintre kell csökkenteni, majd fokozatosan növelni kell a szerszámgép működésének megfigyelése közben, amíg meg nem találják az optimális értéket, amely megfelel a feldolgozási pontossági követelményeknek és elkerüli az oszcillációt.
II. Zárt hurkú szervorendszer paramétereinek beállítása
Félig zárt hurkú szervorendszer
Néhány CNC szervorendszer félig zárt hurkú eszközöket használ. A félig zárt hurkú szervorendszer beállításakor ügyelni kell arra, hogy a helyi félig zárt hurkú rendszer ne oszcilláljon. Mivel a teljesen zárt hurkú szervorendszer a paraméterek beállítását azon a feltételezésen végzi, hogy a helyi félig zárt hurkú rendszere stabil, a kettő beállítási módszerei hasonlóak.
A félig zárt hurkú szervorendszer közvetett módon visszacsatolja a szerszámgép pozícióinformációit a motor forgási szögének vagy sebességének érzékelésével. A paraméterek beállításakor a következő szempontokra kell figyelni:
(1) Sebességhurok paraméterek: A sebességhurok erősítésének és az integrálási időállandónak a beállításai nagyban befolyásolják a rendszer stabilitását és válaszidejét. A túl nagy sebességű hurokerősítés túl gyors rendszerválaszt eredményez, és hajlamos az oszcillációra; míg a túl hosszú integrálási időállandó lelassítja a rendszerválaszt és befolyásolja a feldolgozási hatékonyságot.
(2) Pozícióhurok paraméterek: A pozícióhurok erősítésének és a szűrő paramétereinek beállítása javíthatja a rendszer pozíciópontosságát és stabilitását. A túl nagy pozícióhurok erősítés oszcillációt okoz, és a szűrő kiszűrheti a visszacsatoló jelben lévő nagyfrekvenciás zajt, javítva a rendszer stabilitását.
Teljesen zárt hurkú szervorendszer
A teljes zárt hurkú szervorendszer a szerszámgép tényleges pozíciójának közvetlen érzékelésével valósítja meg a pontos pozíciószabályozást. A teljes zárt hurkú szervorendszer beállításakor a paramétereket körültekintőbben kell kiválasztani a rendszer stabilitásának és pontosságának biztosítása érdekében.
A teljesen zárt hurkú szervorendszer paramétereinek beállítása főként a következő szempontokat foglalja magában:
(1) Pozícióhurok-erősítés: A félig zárt hurkú rendszerhez hasonlóan a túl nagy pozícióhurok-erősítés oszcillációhoz vezet. Mivel azonban a teljesen zárt hurkú rendszer pontosabban érzékeli a pozícióhibákat, a pozícióhurok-erősítés viszonylag magasra állítható a rendszer pozíciópontosságának javítása érdekében.
(2) Sebességhurok paraméterek: A sebességhurok erősítésének és az integrálási időállandónak a beállításait a szerszámgép dinamikus jellemzőinek és feldolgozási követelményeinek megfelelően kell beállítani. Általánosságban elmondható, hogy a sebességhurok erősítése kissé magasabbra állítható, mint a félig zárt hurkú rendszerben, hogy javítsa a rendszer válaszidejét.
(3) Szűrőparaméterek: A teljesen zárt hurkú rendszer érzékenyebb a visszacsatoló jelben lévő zajra, ezért megfelelő szűrőparamétereket kell beállítani a zaj kiszűrésére. A szűrő típusát és paramétereinek kiválasztását az adott alkalmazási forgatókönyvnek megfelelően kell módosítani.
Félig zárt hurkú szervorendszer
Néhány CNC szervorendszer félig zárt hurkú eszközöket használ. A félig zárt hurkú szervorendszer beállításakor ügyelni kell arra, hogy a helyi félig zárt hurkú rendszer ne oszcilláljon. Mivel a teljesen zárt hurkú szervorendszer a paraméterek beállítását azon a feltételezésen végzi, hogy a helyi félig zárt hurkú rendszere stabil, a kettő beállítási módszerei hasonlóak.
A félig zárt hurkú szervorendszer közvetett módon visszacsatolja a szerszámgép pozícióinformációit a motor forgási szögének vagy sebességének érzékelésével. A paraméterek beállításakor a következő szempontokra kell figyelni:
(1) Sebességhurok paraméterek: A sebességhurok erősítésének és az integrálási időállandónak a beállításai nagyban befolyásolják a rendszer stabilitását és válaszidejét. A túl nagy sebességű hurokerősítés túl gyors rendszerválaszt eredményez, és hajlamos az oszcillációra; míg a túl hosszú integrálási időállandó lelassítja a rendszerválaszt és befolyásolja a feldolgozási hatékonyságot.
(2) Pozícióhurok paraméterek: A pozícióhurok erősítésének és a szűrő paramétereinek beállítása javíthatja a rendszer pozíciópontosságát és stabilitását. A túl nagy pozícióhurok erősítés oszcillációt okoz, és a szűrő kiszűrheti a visszacsatoló jelben lévő nagyfrekvenciás zajt, javítva a rendszer stabilitását.
Teljesen zárt hurkú szervorendszer
A teljes zárt hurkú szervorendszer a szerszámgép tényleges pozíciójának közvetlen érzékelésével valósítja meg a pontos pozíciószabályozást. A teljes zárt hurkú szervorendszer beállításakor a paramétereket körültekintőbben kell kiválasztani a rendszer stabilitásának és pontosságának biztosítása érdekében.
A teljesen zárt hurkú szervorendszer paramétereinek beállítása főként a következő szempontokat foglalja magában:
(1) Pozícióhurok-erősítés: A félig zárt hurkú rendszerhez hasonlóan a túl nagy pozícióhurok-erősítés oszcillációhoz vezet. Mivel azonban a teljesen zárt hurkú rendszer pontosabban érzékeli a pozícióhibákat, a pozícióhurok-erősítés viszonylag magasra állítható a rendszer pozíciópontosságának javítása érdekében.
(2) Sebességhurok paraméterek: A sebességhurok erősítésének és az integrálási időállandónak a beállításait a szerszámgép dinamikus jellemzőinek és feldolgozási követelményeinek megfelelően kell beállítani. Általánosságban elmondható, hogy a sebességhurok erősítése kissé magasabbra állítható, mint a félig zárt hurkú rendszerben, hogy javítsa a rendszer válaszidejét.
(3) Szűrőparaméterek: A teljesen zárt hurkú rendszer érzékenyebb a visszacsatoló jelben lévő zajra, ezért megfelelő szűrőparamétereket kell beállítani a zaj kiszűrésére. A szűrő típusát és paramétereinek kiválasztását az adott alkalmazási forgatókönyvnek megfelelően kell módosítani.
III. Nagyfrekvenciás elnyomás funkció alkalmazása
A fentiek az alacsony frekvenciájú rezgések paraméteroptimalizálási módszeréről szólnak. Előfordulhat, hogy a CNC szerszámgépek CNC rendszere a mechanikus alkatrész bizonyos rezgési okai miatt nagyfrekvenciás harmonikusokat tartalmazó visszacsatoló jeleket generál, ami miatt a kimeneti nyomaték nem állandó, és így rezgés keletkezik. Ilyen nagyfrekvenciás rezgési helyzetben egy elsőrendű aluláteresztő szűrő csatolható a sebességhurokhoz, ez a nyomatékszűrő.
A nyomatékszűrő hatékonyan képes kiszűrni a visszacsatolójelben lévő nagyfrekvenciás felharmonikusokat, így stabilabbá teszi a kimeneti nyomatékot, és ezáltal csökkenti a rezgést. A nyomatékszűrő paramétereinek kiválasztásakor a következő tényezőket kell figyelembe venni:
(1) Határfrekvencia: A határfrekvencia határozza meg a szűrő csillapítási mértékét a nagyfrekvenciás jelekhez képest. A túl alacsony határfrekvencia befolyásolja a rendszer válaszidejét, míg a túl magas határfrekvencia nem lesz képes hatékonyan kiszűrni a nagyfrekvenciás felharmonikusokat.
(2) Szűrőtípus: A gyakori szűrőtípusok közé tartozik a Butterworth-szűrő, a Csebisev-szűrő stb. A különböző típusú szűrők eltérő frekvencia-átviteli jellemzőkkel rendelkeznek, és az adott alkalmazási forgatókönyvnek megfelelően kell kiválasztani őket.
(3) Szűrési rend: Minél magasabb a szűrő rendje, annál jobb a csillapítási hatás a nagyfrekvenciás jeleken, de ugyanakkor növeli a rendszer számítási terhelését is. A szűrő rendjének kiválasztásakor a rendszer teljesítményét és számítási erőforrásait átfogóan figyelembe kell venni.
A fentiek az alacsony frekvenciájú rezgések paraméteroptimalizálási módszeréről szólnak. Előfordulhat, hogy a CNC szerszámgépek CNC rendszere a mechanikus alkatrész bizonyos rezgési okai miatt nagyfrekvenciás harmonikusokat tartalmazó visszacsatoló jeleket generál, ami miatt a kimeneti nyomaték nem állandó, és így rezgés keletkezik. Ilyen nagyfrekvenciás rezgési helyzetben egy elsőrendű aluláteresztő szűrő csatolható a sebességhurokhoz, ez a nyomatékszűrő.
A nyomatékszűrő hatékonyan képes kiszűrni a visszacsatolójelben lévő nagyfrekvenciás felharmonikusokat, így stabilabbá teszi a kimeneti nyomatékot, és ezáltal csökkenti a rezgést. A nyomatékszűrő paramétereinek kiválasztásakor a következő tényezőket kell figyelembe venni:
(1) Határfrekvencia: A határfrekvencia határozza meg a szűrő csillapítási mértékét a nagyfrekvenciás jelekhez képest. A túl alacsony határfrekvencia befolyásolja a rendszer válaszidejét, míg a túl magas határfrekvencia nem lesz képes hatékonyan kiszűrni a nagyfrekvenciás felharmonikusokat.
(2) Szűrőtípus: A gyakori szűrőtípusok közé tartozik a Butterworth-szűrő, a Csebisev-szűrő stb. A különböző típusú szűrők eltérő frekvencia-átviteli jellemzőkkel rendelkeznek, és az adott alkalmazási forgatókönyvnek megfelelően kell kiválasztani őket.
(3) Szűrési rend: Minél magasabb a szűrő rendje, annál jobb a csillapítási hatás a nagyfrekvenciás jeleken, de ugyanakkor növeli a rendszer számítási terhelését is. A szűrő rendjének kiválasztásakor a rendszer teljesítményét és számítási erőforrásait átfogóan figyelembe kell venni.
Ezenkívül a CNC szerszámgépek rezgésének további kiküszöbölése érdekében a következő intézkedéseket is meg lehet tenni:
Optimalizálja a mechanikai szerkezetet
Ellenőrizze a szerszámgép mechanikus alkatrészeit, például a vezetősíneket, vezérorsókat, csapágyakat stb., hogy megbizonyosodjon arról, hogy a beépítési pontosságuk és illeszkedési hézaguk megfelel a követelményeknek. A súlyosan kopott alkatrészeket időben cserélje ki vagy javítsa meg. Ugyanakkor ésszerűen állítsa be a szerszámgép ellensúlyát és egyensúlyát a mechanikai rezgések keletkezésének csökkentése érdekében.
Javítsa a vezérlőrendszer interferencia-ellenálló képességét
A CNC szerszámgépek vezérlőrendszerét könnyen befolyásolják a külső interferenciák, például az elektromágneses interferencia, a teljesítményingadozás stb. A vezérlőrendszer interferencia-ellenálló képességének javítása érdekében a következő intézkedéseket lehet tenni:
(1) Árnyékolt kábeleket és földelési intézkedéseket kell alkalmazni az elektromágneses interferencia hatásának csökkentése érdekében.
(2) Szereljen be tápfeszültség-szűrőket a tápegység feszültségének stabilizálása érdekében.
(3) Optimalizálja a vezérlőrendszer szoftveralgoritmusát a rendszer interferencia-ellenállási teljesítményének javítása érdekében.
Rendszeres karbantartás és karbantartás
Rendszeresen végezzen karbantartást és karbantartást a CNC szerszámgépeken, tisztítsa meg a szerszámgép különböző részeit, ellenőrizze a kenőrendszer és a hűtőrendszer működési feltételeit, és időben cserélje ki a kopott alkatrészeket és a kenőolajat. Ez biztosíthatja a szerszámgép stabil teljesítményét és csökkentheti az oszcillációk előfordulását.
Optimalizálja a mechanikai szerkezetet
Ellenőrizze a szerszámgép mechanikus alkatrészeit, például a vezetősíneket, vezérorsókat, csapágyakat stb., hogy megbizonyosodjon arról, hogy a beépítési pontosságuk és illeszkedési hézaguk megfelel a követelményeknek. A súlyosan kopott alkatrészeket időben cserélje ki vagy javítsa meg. Ugyanakkor ésszerűen állítsa be a szerszámgép ellensúlyát és egyensúlyát a mechanikai rezgések keletkezésének csökkentése érdekében.
Javítsa a vezérlőrendszer interferencia-ellenálló képességét
A CNC szerszámgépek vezérlőrendszerét könnyen befolyásolják a külső interferenciák, például az elektromágneses interferencia, a teljesítményingadozás stb. A vezérlőrendszer interferencia-ellenálló képességének javítása érdekében a következő intézkedéseket lehet tenni:
(1) Árnyékolt kábeleket és földelési intézkedéseket kell alkalmazni az elektromágneses interferencia hatásának csökkentése érdekében.
(2) Szereljen be tápfeszültség-szűrőket a tápegység feszültségének stabilizálása érdekében.
(3) Optimalizálja a vezérlőrendszer szoftveralgoritmusát a rendszer interferencia-ellenállási teljesítményének javítása érdekében.
Rendszeres karbantartás és karbantartás
Rendszeresen végezzen karbantartást és karbantartást a CNC szerszámgépeken, tisztítsa meg a szerszámgép különböző részeit, ellenőrizze a kenőrendszer és a hűtőrendszer működési feltételeit, és időben cserélje ki a kopott alkatrészeket és a kenőolajat. Ez biztosíthatja a szerszámgép stabil teljesítményét és csökkentheti az oszcillációk előfordulását.
Összefoglalva, a CNC szerszámgépek rezgésének kiküszöbölése a mechanikai és elektromos tényezők átfogó figyelembevételét igényli. A szervorendszer paramétereinek ésszerű beállításával, a nagyfrekvenciás elnyomás funkció alkalmazásával, a mechanikai szerkezet optimalizálásával, a vezérlőrendszer interferencia-ellenállásának javításával, valamint a rendszeres karbantartással és karbantartással hatékonyan csökkenthető az rezgések előfordulása, és javítható a szerszámgép megmunkálási pontossága és stabilitása.