《Metode za odpravo nihanja CNC obdelovalnih strojev》
CNC obdelovalni stroji igrajo pomembno vlogo v sodobni industrijski proizvodnji. Vendar pa težava z nihanjem pogosto pesti upravljavce in proizvajalce. Vzroki za nihanje CNC obdelovalnih strojev so relativno kompleksni. Poleg številnih dejavnikov, kot so neodstranljive prenosne reže, elastična deformacija in upor trenja v mehanskem pogledu, je pomemben tudi vpliv ustreznih parametrov servo sistema. Proizvajalec CNC obdelovalnih strojev bo v nadaljevanju podrobneje predstavil metode za odpravo nihanja CNC obdelovalnih strojev.
I. Zmanjšanje ojačanja pozicijske zanke
Proporcionalno-integralno-derivacijski krmilnik je večnamenski krmilnik, ki igra ključno vlogo v CNC obdelovalnih strojih. Ne le učinkovito izvaja proporcionalno ojačanje tokovnih in napetostnih signalov, temveč tudi prilagaja problem zaostajanja ali prehitevanja izhodnega signala. Zaradi zaostajanja ali prehitevanja izhodnega toka in napetosti včasih pride do nihanja. V tem primeru se lahko PID uporabi za prilagajanje faze izhodnega toka in napetosti.
Ojačanje pozicijske zanke je ključni parameter v krmilnem sistemu CNC obdelovalnih strojev. Ko je ojačenje pozicijske zanke previsoko, je sistem preveč občutljiv na napake položaja in je nagnjen k povzročanju nihanj. Zmanjšanje ojačenja pozicijske zanke lahko zmanjša odzivno hitrost sistema in s tem možnost nihanja.
Pri prilagajanju ojačanja pozicijske zanke je treba le-to razumno nastaviti glede na specifičen model obdelovalnega stroja in zahteve obdelave. Na splošno se lahko ojačanje pozicijske zanke najprej zmanjša na relativno nizko raven, nato pa se med opazovanjem delovanja obdelovalnega stroja postopoma povečuje, dokler se ne najde optimalna vrednost, ki lahko izpolnjuje zahteve glede natančnosti obdelave in preprečuje nihanje.
Proporcionalno-integralno-derivacijski krmilnik je večnamenski krmilnik, ki igra ključno vlogo v CNC obdelovalnih strojih. Ne le učinkovito izvaja proporcionalno ojačanje tokovnih in napetostnih signalov, temveč tudi prilagaja problem zaostajanja ali prehitevanja izhodnega signala. Zaradi zaostajanja ali prehitevanja izhodnega toka in napetosti včasih pride do nihanja. V tem primeru se lahko PID uporabi za prilagajanje faze izhodnega toka in napetosti.
Ojačanje pozicijske zanke je ključni parameter v krmilnem sistemu CNC obdelovalnih strojev. Ko je ojačenje pozicijske zanke previsoko, je sistem preveč občutljiv na napake položaja in je nagnjen k povzročanju nihanj. Zmanjšanje ojačenja pozicijske zanke lahko zmanjša odzivno hitrost sistema in s tem možnost nihanja.
Pri prilagajanju ojačanja pozicijske zanke je treba le-to razumno nastaviti glede na specifičen model obdelovalnega stroja in zahteve obdelave. Na splošno se lahko ojačanje pozicijske zanke najprej zmanjša na relativno nizko raven, nato pa se med opazovanjem delovanja obdelovalnega stroja postopoma povečuje, dokler se ne najde optimalna vrednost, ki lahko izpolnjuje zahteve glede natančnosti obdelave in preprečuje nihanje.
II. Prilagoditev parametrov servo sistema z zaprto zanko
Servo sistem s polzaprto zanko
Nekateri CNC servo sistemi uporabljajo naprave s polzaprto zanko. Pri nastavljanju servo sistema s polzaprto zanko je treba zagotoviti, da lokalni sistem s polzaprto zanko ne niha. Ker servo sistem s polzaprto zanko izvaja prilagajanje parametrov ob predpostavki, da je njegov lokalni sistem s polzaprto zanko stabilen, sta si oba načina prilagajanja podobna.
Servo sistem s polzaprto zanko posredno vrača informacije o položaju obdelovalnega stroja z zaznavanjem kota vrtenja ali hitrosti motorja. Pri nastavljanju parametrov je treba biti pozoren na naslednje vidike:
(1) Parametri hitrostne zanke: Nastavitve ojačanja hitrostne zanke in integracijske časovne konstante imajo velik vpliv na stabilnost in hitrost odziva sistema. Previsoko ojačanje hitrostne zanke bo povzročilo prehiter odziv sistema in je nagnjeno k nihanju; predolga integralna časovna konstanta pa bo upočasnila odziv sistema in vplivala na učinkovitost obdelave.
(2) Parametri pozicijske zanke: Prilagoditev ojačanja pozicijske zanke in parametrov filtra lahko izboljša natančnost položaja in stabilnost sistema. Previsoko ojačanje pozicijske zanke bo povzročilo nihanje, filter pa lahko izloči visokofrekvenčni šum v povratnem signalu in izboljša stabilnost sistema.
Servo sistem s popolnoma zaprto zanko
Servo sistem s popolnoma zaprto zanko omogoča natančen nadzor položaja z neposrednim zaznavanjem dejanskega položaja obdelovalnega stroja. Pri nastavljanju servo sistema s popolnoma zaprto zanko je treba parametre izbrati natančneje, da se zagotovi stabilnost in natančnost sistema.
Prilagajanje parametrov servo sistema s popolnoma zaprto zanko vključuje predvsem naslednje vidike:
(1) Ojačanje pozicijske zanke: Podobno kot pri sistemu s polzaprto zanko bo previsoko ojačenje pozicijske zanke povzročilo nihanje. Ker pa sistem s popolnoma zaprto zanko natančneje zazna napake položaja, je mogoče ojačenje pozicijske zanke nastaviti relativno visoko, da se izboljša natančnost položaja sistema.
(2) Parametri hitrostne zanke: Nastavitve ojačanja hitrostne zanke in integracijske časovne konstante je treba prilagoditi glede na dinamične značilnosti in zahteve obdelave obdelovalnega stroja. Na splošno je mogoče ojačanje hitrostne zanke nastaviti nekoliko višje kot pri sistemu s polzaprto zanko, da se izboljša odzivna hitrost sistema.
(3) Parametri filtra: Sistem s popolnoma zaprto zanko je bolj občutljiv na šum v povratnem signalu, zato je treba nastaviti ustrezne parametre filtra za filtriranje šuma. Vrsto in izbiro parametrov filtra je treba prilagoditi glede na specifičen scenarij uporabe.
Servo sistem s polzaprto zanko
Nekateri CNC servo sistemi uporabljajo naprave s polzaprto zanko. Pri nastavljanju servo sistema s polzaprto zanko je treba zagotoviti, da lokalni sistem s polzaprto zanko ne niha. Ker servo sistem s polzaprto zanko izvaja prilagajanje parametrov ob predpostavki, da je njegov lokalni sistem s polzaprto zanko stabilen, sta si oba načina prilagajanja podobna.
Servo sistem s polzaprto zanko posredno vrača informacije o položaju obdelovalnega stroja z zaznavanjem kota vrtenja ali hitrosti motorja. Pri nastavljanju parametrov je treba biti pozoren na naslednje vidike:
(1) Parametri hitrostne zanke: Nastavitve ojačanja hitrostne zanke in integracijske časovne konstante imajo velik vpliv na stabilnost in hitrost odziva sistema. Previsoko ojačanje hitrostne zanke bo povzročilo prehiter odziv sistema in je nagnjeno k nihanju; predolga integralna časovna konstanta pa bo upočasnila odziv sistema in vplivala na učinkovitost obdelave.
(2) Parametri pozicijske zanke: Prilagoditev ojačanja pozicijske zanke in parametrov filtra lahko izboljša natančnost položaja in stabilnost sistema. Previsoko ojačanje pozicijske zanke bo povzročilo nihanje, filter pa lahko izloči visokofrekvenčni šum v povratnem signalu in izboljša stabilnost sistema.
Servo sistem s popolnoma zaprto zanko
Servo sistem s popolnoma zaprto zanko omogoča natančen nadzor položaja z neposrednim zaznavanjem dejanskega položaja obdelovalnega stroja. Pri nastavljanju servo sistema s popolnoma zaprto zanko je treba parametre izbrati natančneje, da se zagotovi stabilnost in natančnost sistema.
Prilagajanje parametrov servo sistema s popolnoma zaprto zanko vključuje predvsem naslednje vidike:
(1) Ojačanje pozicijske zanke: Podobno kot pri sistemu s polzaprto zanko bo previsoko ojačenje pozicijske zanke povzročilo nihanje. Ker pa sistem s popolnoma zaprto zanko natančneje zazna napake položaja, je mogoče ojačenje pozicijske zanke nastaviti relativno visoko, da se izboljša natančnost položaja sistema.
(2) Parametri hitrostne zanke: Nastavitve ojačanja hitrostne zanke in integracijske časovne konstante je treba prilagoditi glede na dinamične značilnosti in zahteve obdelave obdelovalnega stroja. Na splošno je mogoče ojačanje hitrostne zanke nastaviti nekoliko višje kot pri sistemu s polzaprto zanko, da se izboljša odzivna hitrost sistema.
(3) Parametri filtra: Sistem s popolnoma zaprto zanko je bolj občutljiv na šum v povratnem signalu, zato je treba nastaviti ustrezne parametre filtra za filtriranje šuma. Vrsto in izbiro parametrov filtra je treba prilagoditi glede na specifičen scenarij uporabe.
III. Uporaba funkcije zatiranja visokih frekvenc
Zgornja razprava se nanaša na metodo optimizacije parametrov za nizkofrekvenčno nihanje. Včasih CNC sistem CNC obdelovalnih strojev zaradi določenih vzrokov nihanja v mehanskem delu ustvari povratne signale, ki vsebujejo visokofrekvenčne harmonike, zaradi česar izhodni navor ni konstanten in s tem povzroča vibracije. Za te visokofrekvenčne nihalne situacije se lahko hitrostni zanki doda nizkoprepustni filter prvega reda, ki je filter navora.
Filter navora lahko učinkovito filtrira visokofrekvenčne harmonike v povratnem signalu, s čimer stabilizira izhodni navor in s tem zmanjša vibracije. Pri izbiri parametrov filtra navora je treba upoštevati naslednje dejavnike:
(1) Mejna frekvenca: Mejna frekvenca določa stopnjo dušenja filtra na visokofrekvenčne signale. Prenizka mejna frekvenca bo vplivala na hitrost odziva sistema, medtem ko previsoka mejna frekvenca ne bo mogla učinkovito filtrirati visokofrekvenčnih harmonikov.
(2) Vrsta filtra: Med pogoste vrste filtrov spadajo Butterworthov filter, Čebišev filter itd. Različne vrste filtrov imajo različne frekvenčne odzivne značilnosti in jih je treba izbrati glede na specifičen scenarij uporabe.
(3) Vrstni red filtrov: Višji kot je vrstni red filtrov, boljši je učinek slabljenja visokofrekvenčnih signalov, hkrati pa se poveča tudi računska obremenitev sistema. Pri izbiri vrstnega reda filtrov je treba celovito upoštevati zmogljivost in računske vire sistema.
Zgornja razprava se nanaša na metodo optimizacije parametrov za nizkofrekvenčno nihanje. Včasih CNC sistem CNC obdelovalnih strojev zaradi določenih vzrokov nihanja v mehanskem delu ustvari povratne signale, ki vsebujejo visokofrekvenčne harmonike, zaradi česar izhodni navor ni konstanten in s tem povzroča vibracije. Za te visokofrekvenčne nihalne situacije se lahko hitrostni zanki doda nizkoprepustni filter prvega reda, ki je filter navora.
Filter navora lahko učinkovito filtrira visokofrekvenčne harmonike v povratnem signalu, s čimer stabilizira izhodni navor in s tem zmanjša vibracije. Pri izbiri parametrov filtra navora je treba upoštevati naslednje dejavnike:
(1) Mejna frekvenca: Mejna frekvenca določa stopnjo dušenja filtra na visokofrekvenčne signale. Prenizka mejna frekvenca bo vplivala na hitrost odziva sistema, medtem ko previsoka mejna frekvenca ne bo mogla učinkovito filtrirati visokofrekvenčnih harmonikov.
(2) Vrsta filtra: Med pogoste vrste filtrov spadajo Butterworthov filter, Čebišev filter itd. Različne vrste filtrov imajo različne frekvenčne odzivne značilnosti in jih je treba izbrati glede na specifičen scenarij uporabe.
(3) Vrstni red filtrov: Višji kot je vrstni red filtrov, boljši je učinek slabljenja visokofrekvenčnih signalov, hkrati pa se poveča tudi računska obremenitev sistema. Pri izbiri vrstnega reda filtrov je treba celovito upoštevati zmogljivost in računske vire sistema.
Poleg tega se za dodatno odpravo nihanja CNC obdelovalnih strojev lahko sprejmejo tudi naslednji ukrepi:
Optimizirajte mehansko strukturo
Preverite mehanske dele stroja, kot so vodilne tirnice, svinčni vijaki, ležaji itd., da zagotovite, da njihova natančnost namestitve in prileganje ustrezata zahtevam. Močno obrabljene dele pravočasno zamenjajte ali popravite. Hkrati ustrezno prilagodite protiutež in ravnotežje stroja, da zmanjšate nastanek mehanskih vibracij.
Izboljšajte sposobnost nadzornega sistema za preprečevanje motenj
Krmilni sistem CNC obdelovalnih strojev je zlahka pod vplivom zunanjih motenj, kot so elektromagnetne motnje, nihanja moči itd. Za izboljšanje sposobnosti krmilnega sistema za preprečevanje motenj je mogoče sprejeti naslednje ukrepe:
(1) Za zmanjšanje vpliva elektromagnetnih motenj uporabite zaščitene kable in ozemljitvene ukrepe.
(2) Namestite filtre za stabilizacijo napajalne napetosti.
(3) Optimizirajte programski algoritem krmilnega sistema za izboljšanje delovanja sistema proti motnjam.
Redno vzdrževanje in vzdrževanje
Redno izvajajte vzdrževanje in vzdrževanje CNC obdelovalnih strojev, čistite različne dele stroja, preverjajte delovne pogoje mazalnega in hladilnega sistema ter pravočasno zamenjajte obrabljene dele in mazalno olje. To lahko zagotovi stabilno delovanje stroja in zmanjša pojav nihanj.
Optimizirajte mehansko strukturo
Preverite mehanske dele stroja, kot so vodilne tirnice, svinčni vijaki, ležaji itd., da zagotovite, da njihova natančnost namestitve in prileganje ustrezata zahtevam. Močno obrabljene dele pravočasno zamenjajte ali popravite. Hkrati ustrezno prilagodite protiutež in ravnotežje stroja, da zmanjšate nastanek mehanskih vibracij.
Izboljšajte sposobnost nadzornega sistema za preprečevanje motenj
Krmilni sistem CNC obdelovalnih strojev je zlahka pod vplivom zunanjih motenj, kot so elektromagnetne motnje, nihanja moči itd. Za izboljšanje sposobnosti krmilnega sistema za preprečevanje motenj je mogoče sprejeti naslednje ukrepe:
(1) Za zmanjšanje vpliva elektromagnetnih motenj uporabite zaščitene kable in ozemljitvene ukrepe.
(2) Namestite filtre za stabilizacijo napajalne napetosti.
(3) Optimizirajte programski algoritem krmilnega sistema za izboljšanje delovanja sistema proti motnjam.
Redno vzdrževanje in vzdrževanje
Redno izvajajte vzdrževanje in vzdrževanje CNC obdelovalnih strojev, čistite različne dele stroja, preverjajte delovne pogoje mazalnega in hladilnega sistema ter pravočasno zamenjajte obrabljene dele in mazalno olje. To lahko zagotovi stabilno delovanje stroja in zmanjša pojav nihanj.
Skratka, odprava nihanja CNC obdelovalnih strojev zahteva celovito upoštevanje mehanskih in električnih dejavnikov. Z razumno nastavitvijo parametrov servo sistema, uporabo funkcije za dušenje visokih frekvenc, optimizacijo mehanske strukture, izboljšanjem sposobnosti krmilnega sistema za preprečevanje motenj ter rednim vzdrževanjem in vzdrževanjem je mogoče učinkovito zmanjšati pojav nihanja ter izboljšati natančnost in stabilnost obdelave obdelovalnega stroja.