Metoder för att eliminera oscillation i CNC-maskiner
CNC-maskiner spelar en viktig roll i modern industriell produktion. Svängningsproblem plågar dock ofta operatörer och tillverkare. Orsakerna till svängningar i CNC-maskiner är relativt komplexa. Förutom många faktorer som icke-borttagbara transmissionsgap, elastisk deformation och friktionsmotstånd i den mekaniska aspekten, är inverkan av relevanta parametrar i servosystemet också en viktig aspekt. Nu kommer tillverkaren av CNC-maskiner att i detalj presentera metoderna för att eliminera svängningar i CNC-maskiner.
I. Minska positionsslingans förstärkning
Den proportionella-integral-derivativa regulatorn är en multifunktionell regulator som spelar en avgörande roll i CNC-maskiner. Den kan inte bara effektivt utföra proportionell förstärkning på ström- och spänningssignaler utan också justera problemet med eftersläpning eller ledning i utsignalen. Oscillationsfel uppstår ibland på grund av eftersläpning eller ledning i utströmmen och spänningen. Vid denna tidpunkt kan PID användas för att justera fasen hos utströmmen och spänningen.
Positioneringsslingans förstärkning är en nyckelparameter i styrsystemet för CNC-maskiner. När positioneringsslingans förstärkning är för hög är systemet överkänsligt för positionsfel och benäget att orsaka oscillationer. Att minska positioneringsslingans förstärkning kan minska systemets svarshastighet och därmed minska risken för oscillationer.
När man justerar positionsslingans förstärkning måste den ställas in på ett rimligt sätt i enlighet med den specifika maskinmodellen och bearbetningskraven. Generellt sett kan positionsslingans förstärkning först reduceras till en relativt låg nivå och sedan gradvis ökas medan man observerar maskinverktygets drift tills ett optimalt värde som kan uppfylla bearbetningsnoggrannhetskraven och undvika oscillation hittas.
Den proportionella-integral-derivativa regulatorn är en multifunktionell regulator som spelar en avgörande roll i CNC-maskiner. Den kan inte bara effektivt utföra proportionell förstärkning på ström- och spänningssignaler utan också justera problemet med eftersläpning eller ledning i utsignalen. Oscillationsfel uppstår ibland på grund av eftersläpning eller ledning i utströmmen och spänningen. Vid denna tidpunkt kan PID användas för att justera fasen hos utströmmen och spänningen.
Positioneringsslingans förstärkning är en nyckelparameter i styrsystemet för CNC-maskiner. När positioneringsslingans förstärkning är för hög är systemet överkänsligt för positionsfel och benäget att orsaka oscillationer. Att minska positioneringsslingans förstärkning kan minska systemets svarshastighet och därmed minska risken för oscillationer.
När man justerar positionsslingans förstärkning måste den ställas in på ett rimligt sätt i enlighet med den specifika maskinmodellen och bearbetningskraven. Generellt sett kan positionsslingans förstärkning först reduceras till en relativt låg nivå och sedan gradvis ökas medan man observerar maskinverktygets drift tills ett optimalt värde som kan uppfylla bearbetningsnoggrannhetskraven och undvika oscillation hittas.
II. Parameterjustering av servosystem med sluten slinga
Semi-slutet servosystem
Vissa CNC-servosystem använder semi-closed-loop-enheter. Vid justering av det semi-closed-loop-servosystemet är det nödvändigt att säkerställa att det lokala semi-closed-loop-systemet inte oscillerar. Eftersom det full-closed-loop-servosystemet utför parameterjustering utifrån förutsättningen att dess lokala semi-closed-loop-system är stabilt, är de två likartade i justeringsmetoder.
Det halvslutna servosystemet matar indirekt tillbaka positionsinformationen från verktygsmaskinen genom att detektera motorns rotationsvinkel eller hastighet. Vid justering av parametrar måste följande aspekter beaktas:
(1) Hastighetsslingparametrar: Inställningarna för hastighetsslingförstärkning och integraltidskonstant har stor inverkan på systemets stabilitet och svarshastighet. För hög hastighetsslingförstärkning leder till för snabb systemrespons och är benägen att generera oscillationer; medan för lång integraltidskonstant saktar ner systemresponsen och påverkar bearbetningseffektiviteten.
(2) Positionsloopparametrar: Justering av positionsloopförstärkning och filterparametrar kan förbättra systemets positionsnoggrannhet och stabilitet. För hög positionsloopförstärkning orsakar oscillation, och filtret kan filtrera bort högfrekvent brus i återkopplingssignalen och förbättra systemets stabilitet.
Fullständigt slutet servosystem
Det fullständigt återkopplade servosystemet ger noggrann positionskontroll genom att direkt detektera maskinens faktiska position. Vid justering av det fullständigt återkopplade servosystemet måste parametrar väljas noggrannare för att säkerställa systemets stabilitet och noggrannhet.
Parameterjusteringen av det fullständigt återkopplade servosystemet omfattar huvudsakligen följande aspekter:
(1) Positionsslingförstärkning: I likhet med det halvslutna systemet kommer en för hög positionsslingförstärkning att leda till oscillation. Eftersom det helslutna systemet detekterar positionsfel mer exakt kan dock positionsslingförstärkningen ställas in relativt högt för att förbättra systemets positionsnoggrannhet.
(2) Parametrar för hastighetsslinga: Inställningarna för hastighetsslingans förstärkning och integraltidskonstanten måste justeras enligt maskinverktygets dynamiska egenskaper och bearbetningskrav. Generellt sett kan hastighetsslingans förstärkning ställas in något högre än för halvslutna system för att förbättra systemets svarshastighet.
(3) Filterparametrar: Helt slutna system är mer känsligt för brus i återkopplingssignalen, så lämpliga filterparametrar måste ställas in för att filtrera bort brus. Filtertyp och parameterval bör justeras enligt det specifika tillämpningsscenariot.
Semi-slutet servosystem
Vissa CNC-servosystem använder semi-closed-loop-enheter. Vid justering av det semi-closed-loop-servosystemet är det nödvändigt att säkerställa att det lokala semi-closed-loop-systemet inte oscillerar. Eftersom det full-closed-loop-servosystemet utför parameterjustering utifrån förutsättningen att dess lokala semi-closed-loop-system är stabilt, är de två likartade i justeringsmetoder.
Det halvslutna servosystemet matar indirekt tillbaka positionsinformationen från verktygsmaskinen genom att detektera motorns rotationsvinkel eller hastighet. Vid justering av parametrar måste följande aspekter beaktas:
(1) Hastighetsslingparametrar: Inställningarna för hastighetsslingförstärkning och integraltidskonstant har stor inverkan på systemets stabilitet och svarshastighet. För hög hastighetsslingförstärkning leder till för snabb systemrespons och är benägen att generera oscillationer; medan för lång integraltidskonstant saktar ner systemresponsen och påverkar bearbetningseffektiviteten.
(2) Positionsloopparametrar: Justering av positionsloopförstärkning och filterparametrar kan förbättra systemets positionsnoggrannhet och stabilitet. För hög positionsloopförstärkning orsakar oscillation, och filtret kan filtrera bort högfrekvent brus i återkopplingssignalen och förbättra systemets stabilitet.
Fullständigt slutet servosystem
Det fullständigt återkopplade servosystemet ger noggrann positionskontroll genom att direkt detektera maskinens faktiska position. Vid justering av det fullständigt återkopplade servosystemet måste parametrar väljas noggrannare för att säkerställa systemets stabilitet och noggrannhet.
Parameterjusteringen av det fullständigt återkopplade servosystemet omfattar huvudsakligen följande aspekter:
(1) Positionsslingförstärkning: I likhet med det halvslutna systemet kommer en för hög positionsslingförstärkning att leda till oscillation. Eftersom det helslutna systemet detekterar positionsfel mer exakt kan dock positionsslingförstärkningen ställas in relativt högt för att förbättra systemets positionsnoggrannhet.
(2) Parametrar för hastighetsslinga: Inställningarna för hastighetsslingans förstärkning och integraltidskonstanten måste justeras enligt maskinverktygets dynamiska egenskaper och bearbetningskrav. Generellt sett kan hastighetsslingans förstärkning ställas in något högre än för halvslutna system för att förbättra systemets svarshastighet.
(3) Filterparametrar: Helt slutna system är mer känsligt för brus i återkopplingssignalen, så lämpliga filterparametrar måste ställas in för att filtrera bort brus. Filtertyp och parameterval bör justeras enligt det specifika tillämpningsscenariot.
III. Användning av högfrekvent undertryckningsfunktion
Ovanstående diskussion handlar om parameteroptimeringsmetoden för lågfrekvent oscillation. Ibland genererar CNC-systemet i CNC-maskiner återkopplingssignaler som innehåller högfrekventa övertoner på grund av vissa oscillationsorsaker i den mekaniska delen, vilket gör att utgångsmomentet inte är konstant och därmed genererar vibrationer. För denna högfrekventa oscillationssituation kan en första ordningens lågpassfilterlänk läggas till hastighetsslingan, vilket är momentfiltret.
Momentfiltret kan effektivt filtrera bort högfrekventa övertoner i återkopplingssignalen, vilket gör utgångsmomentet mer stabilt och därmed minskar vibrationer. Vid val av parametrar för momentfiltret måste följande faktorer beaktas:
(1) Gränsfrekvens: Gränsfrekvensen avgör filtrets dämpningsgrad för högfrekventa signaler. För låg gränsfrekvens påverkar systemets svarshastighet, medan för hög gränsfrekvens inte effektivt kan filtrera bort högfrekventa övertoner.
(2) Filtertyp: Vanliga filtertyper inkluderar Butterworth-filter, Chebyshev-filter etc. Olika typer av filter har olika frekvensresponsegenskaper och måste väljas utifrån det specifika tillämpningsscenariot.
(3) Filterordning: Ju högre filterordning, desto bättre dämpningseffekt på högfrekventa signaler, men samtidigt ökar det också systemets beräkningsbörda. Vid val av filterordning måste systemets prestanda och beräkningsresurser beaktas på ett omfattande sätt.
Ovanstående diskussion handlar om parameteroptimeringsmetoden för lågfrekvent oscillation. Ibland genererar CNC-systemet i CNC-maskiner återkopplingssignaler som innehåller högfrekventa övertoner på grund av vissa oscillationsorsaker i den mekaniska delen, vilket gör att utgångsmomentet inte är konstant och därmed genererar vibrationer. För denna högfrekventa oscillationssituation kan en första ordningens lågpassfilterlänk läggas till hastighetsslingan, vilket är momentfiltret.
Momentfiltret kan effektivt filtrera bort högfrekventa övertoner i återkopplingssignalen, vilket gör utgångsmomentet mer stabilt och därmed minskar vibrationer. Vid val av parametrar för momentfiltret måste följande faktorer beaktas:
(1) Gränsfrekvens: Gränsfrekvensen avgör filtrets dämpningsgrad för högfrekventa signaler. För låg gränsfrekvens påverkar systemets svarshastighet, medan för hög gränsfrekvens inte effektivt kan filtrera bort högfrekventa övertoner.
(2) Filtertyp: Vanliga filtertyper inkluderar Butterworth-filter, Chebyshev-filter etc. Olika typer av filter har olika frekvensresponsegenskaper och måste väljas utifrån det specifika tillämpningsscenariot.
(3) Filterordning: Ju högre filterordning, desto bättre dämpningseffekt på högfrekventa signaler, men samtidigt ökar det också systemets beräkningsbörda. Vid val av filterordning måste systemets prestanda och beräkningsresurser beaktas på ett omfattande sätt.
För att ytterligare eliminera oscillationen hos CNC-maskiner kan dessutom följande åtgärder vidtas:
Optimera den mekaniska strukturen
Kontrollera maskinverktygets mekaniska delar, såsom styrskenor, ledarskruvar, lager etc., för att säkerställa att deras monteringsnoggrannhet och passform uppfyller kraven. För kraftigt slitna delar, byt ut eller reparera dem i tid. Samtidigt, justera maskinverktygets motvikt och balans på ett rimligt sätt för att minska genereringen av mekaniska vibrationer.
Förbättra styrsystemets anti-interferensförmåga
Styrsystemet för CNC-maskiner påverkas lätt av externa störningar, såsom elektromagnetisk störning, effektvariationer etc. För att förbättra styrsystemets störningsmotståndsförmåga kan följande åtgärder vidtas:
(1) Använd skärmade kablar och jordningsåtgärder för att minska påverkan av elektromagnetiska störningar.
(2) Installera strömfilter för att stabilisera strömförsörjningsspänningen.
(3) Optimera styrsystemets programalgoritm för att förbättra systemets prestanda mot störningar.
Regelbundet underhåll och underhåll
Utför regelbundet underhåll och underhåll av CNC-maskiner, rengör olika delar av maskinverktyget, kontrollera smörjsystemets och kylsystemets skick och byt ut slitna delar och smörjolja i tid. Detta kan säkerställa maskinverktygets stabila prestanda och minska förekomsten av oscillationer.
Optimera den mekaniska strukturen
Kontrollera maskinverktygets mekaniska delar, såsom styrskenor, ledarskruvar, lager etc., för att säkerställa att deras monteringsnoggrannhet och passform uppfyller kraven. För kraftigt slitna delar, byt ut eller reparera dem i tid. Samtidigt, justera maskinverktygets motvikt och balans på ett rimligt sätt för att minska genereringen av mekaniska vibrationer.
Förbättra styrsystemets anti-interferensförmåga
Styrsystemet för CNC-maskiner påverkas lätt av externa störningar, såsom elektromagnetisk störning, effektvariationer etc. För att förbättra styrsystemets störningsmotståndsförmåga kan följande åtgärder vidtas:
(1) Använd skärmade kablar och jordningsåtgärder för att minska påverkan av elektromagnetiska störningar.
(2) Installera strömfilter för att stabilisera strömförsörjningsspänningen.
(3) Optimera styrsystemets programalgoritm för att förbättra systemets prestanda mot störningar.
Regelbundet underhåll och underhåll
Utför regelbundet underhåll och underhåll av CNC-maskiner, rengör olika delar av maskinverktyget, kontrollera smörjsystemets och kylsystemets skick och byt ut slitna delar och smörjolja i tid. Detta kan säkerställa maskinverktygets stabila prestanda och minska förekomsten av oscillationer.
Sammanfattningsvis kräver eliminering av oscillationer i CNC-maskiner omfattande hänsyn till mekaniska och elektriska faktorer. Genom att rimligt justera servosystemets parametrar, använda högfrekvensundertryckningsfunktion, optimera den mekaniska strukturen, förbättra styrsystemets störningsmotstånd och utföra regelbundet underhåll och underhåll kan förekomsten av oscillationer effektivt minskas och bearbetningsnoggrannheten och stabiliteten hos verktygsmaskinen förbättras.