Metoder for å eliminere oscillasjon i CNC-maskinverktøy
CNC-maskinverktøy spiller en viktig rolle i moderne industriell produksjon. Imidlertid plager ofte operatører og produsenter oscillasjonsproblemet. Årsakene til oscillasjonen i CNC-maskinverktøy er relativt komplekse. I tillegg til mange faktorer som ikke-avtagbare overføringsgap, elastisk deformasjon og friksjonsmotstand i det mekaniske aspektet, er påvirkningen av relevante parametere i servosystemet også et viktig aspekt. Nå vil produsenten av CNC-maskinverktøy introdusere metodene for å eliminere oscillasjonen i CNC-maskinverktøy i detalj.
I. Redusere posisjonsløyfeforsterkningen
Den proporsjonale-integral-derivative kontrolleren er en multifunksjonell kontroller som spiller en avgjørende rolle i CNC-maskinverktøy. Den kan ikke bare effektivt utføre proporsjonal forsterkning på strøm- og spenningssignaler, men også justere forsinkelses- eller ledende problemer i utgangssignalet. Oscillasjonsfeil oppstår noen ganger på grunn av forsinkelse eller ledende utgangsstrøm og -spenning. På dette tidspunktet kan PID brukes til å justere fasen til utgangsstrømmen og -spenningen.
Posisjonssløyfeforsterkningen er en nøkkelparameter i kontrollsystemet til CNC-maskinverktøy. Når posisjonssløyfeforsterkningen er for høy, er systemet overfølsomt for posisjonsfeil og er utsatt for oscillasjon. Å redusere posisjonssløyfeforsterkningen kan redusere systemets responshastighet og dermed redusere muligheten for oscillasjon.
Når man justerer posisjonsløyfeforsterkningen, må den stilles inn på en rimelig måte i henhold til den spesifikke maskinmodellen og prosesseringskravene. Generelt sett kan posisjonsløyfeforsterkningen først reduseres til et relativt lavt nivå, og deretter gradvis økes mens man observerer maskinverktøyets drift, inntil man finner en optimal verdi som kan oppfylle kravene til prosesseringsnøyaktighet og unngå oscillasjon.
Den proporsjonale-integral-derivative kontrolleren er en multifunksjonell kontroller som spiller en avgjørende rolle i CNC-maskinverktøy. Den kan ikke bare effektivt utføre proporsjonal forsterkning på strøm- og spenningssignaler, men også justere forsinkelses- eller ledende problemer i utgangssignalet. Oscillasjonsfeil oppstår noen ganger på grunn av forsinkelse eller ledende utgangsstrøm og -spenning. På dette tidspunktet kan PID brukes til å justere fasen til utgangsstrømmen og -spenningen.
Posisjonssløyfeforsterkningen er en nøkkelparameter i kontrollsystemet til CNC-maskinverktøy. Når posisjonssløyfeforsterkningen er for høy, er systemet overfølsomt for posisjonsfeil og er utsatt for oscillasjon. Å redusere posisjonssløyfeforsterkningen kan redusere systemets responshastighet og dermed redusere muligheten for oscillasjon.
Når man justerer posisjonsløyfeforsterkningen, må den stilles inn på en rimelig måte i henhold til den spesifikke maskinmodellen og prosesseringskravene. Generelt sett kan posisjonsløyfeforsterkningen først reduseres til et relativt lavt nivå, og deretter gradvis økes mens man observerer maskinverktøyets drift, inntil man finner en optimal verdi som kan oppfylle kravene til prosesseringsnøyaktighet og unngå oscillasjon.
II. Parameterjustering av lukket servosystem
Semi-lukket servosystem
Noen CNC-servosystemer bruker semi-lukkede sløyfer. Når man justerer det semi-lukkede servosystemet, er det nødvendig å sørge for at det lokale semi-lukkede sløyfesystemet ikke oscillerer. Siden det full-lukkede servosystemet utfører parameterjustering ut fra forutsetningen om at det lokale semi-lukkede sløyfesystemet er stabilt, er de to justeringsmetodene like.
Det semi-lukkede servosystemet gir indirekte tilbake posisjonsinformasjonen til maskinverktøyet ved å registrere rotasjonsvinkelen eller motorhastigheten. Ved justering av parametere må følgende aspekter tas hensyn til:
(1) Hastighetssløyfeparametere: Innstillingene for hastighetssløyfeforsterkning og integraltidskonstant har stor innflytelse på systemets stabilitet og responshastighet. For høy hastighetssløyfeforsterkning vil føre til for rask systemrespons og er utsatt for oscillasjon; mens for lang integraltidskonstant vil redusere systemresponsen og påvirke prosesseringseffektiviteten.
(2) Posisjonssløyfeparametere: Justering av posisjonssløyfeforsterkning og filterparametere kan forbedre systemets posisjonsnøyaktighet og stabilitet. For høy posisjonssløyfeforsterkning vil forårsake oscillasjon, og filteret kan filtrere ut høyfrekvent støy i tilbakekoblingssignalet og forbedre systemets stabilitet.
Fullstendig lukket servosystem
Full-closed-loop servosystemet oppnår nøyaktig posisjonskontroll ved å direkte detektere maskinverktøyets faktiske posisjon. Når du justerer full-closed-loop servosystemet, må parametere velges mer nøye for å sikre systemets stabilitet og nøyaktighet.
Parameterjusteringen av servosystemet med full lukket sløyfe inkluderer hovedsakelig følgende aspekter:
(1) Posisjonssløyfeforsterkning: I likhet med det semi-lukkede systemet vil for høy posisjonssløyfeforsterkning føre til oscillasjon. Men siden det fulllukkede systemet oppdager posisjonsfeil mer nøyaktig, kan posisjonssløyfeforsterkningen settes relativt høyt for å forbedre systemets posisjonsnøyaktighet.
(2) Hastighetssløyfeparametere: Innstillingene for hastighetssløyfeforsterkning og integraltidskonstant må justeres i henhold til maskinverktøyets dynamiske egenskaper og prosesseringskrav. Generelt sett kan hastighetssløyfeforsterkning settes litt høyere enn for det semi-lukkede sløyfesystemet for å forbedre systemets responshastighet.
(3) Filterparametere: Hellukkede systemer er mer følsomme for støy i tilbakekoblingssignalet, så passende filterparametere må settes for å filtrere ut støy. Filtertypen og parametervalget bør justeres i henhold til det spesifikke applikasjonsscenarioet.
Semi-lukket servosystem
Noen CNC-servosystemer bruker semi-lukkede sløyfer. Når man justerer det semi-lukkede servosystemet, er det nødvendig å sørge for at det lokale semi-lukkede sløyfesystemet ikke oscillerer. Siden det full-lukkede servosystemet utfører parameterjustering ut fra forutsetningen om at det lokale semi-lukkede sløyfesystemet er stabilt, er de to justeringsmetodene like.
Det semi-lukkede servosystemet gir indirekte tilbake posisjonsinformasjonen til maskinverktøyet ved å registrere rotasjonsvinkelen eller motorhastigheten. Ved justering av parametere må følgende aspekter tas hensyn til:
(1) Hastighetssløyfeparametere: Innstillingene for hastighetssløyfeforsterkning og integraltidskonstant har stor innflytelse på systemets stabilitet og responshastighet. For høy hastighetssløyfeforsterkning vil føre til for rask systemrespons og er utsatt for oscillasjon; mens for lang integraltidskonstant vil redusere systemresponsen og påvirke prosesseringseffektiviteten.
(2) Posisjonssløyfeparametere: Justering av posisjonssløyfeforsterkning og filterparametere kan forbedre systemets posisjonsnøyaktighet og stabilitet. For høy posisjonssløyfeforsterkning vil forårsake oscillasjon, og filteret kan filtrere ut høyfrekvent støy i tilbakekoblingssignalet og forbedre systemets stabilitet.
Fullstendig lukket servosystem
Full-closed-loop servosystemet oppnår nøyaktig posisjonskontroll ved å direkte detektere maskinverktøyets faktiske posisjon. Når du justerer full-closed-loop servosystemet, må parametere velges mer nøye for å sikre systemets stabilitet og nøyaktighet.
Parameterjusteringen av servosystemet med full lukket sløyfe inkluderer hovedsakelig følgende aspekter:
(1) Posisjonssløyfeforsterkning: I likhet med det semi-lukkede systemet vil for høy posisjonssløyfeforsterkning føre til oscillasjon. Men siden det fulllukkede systemet oppdager posisjonsfeil mer nøyaktig, kan posisjonssløyfeforsterkningen settes relativt høyt for å forbedre systemets posisjonsnøyaktighet.
(2) Hastighetssløyfeparametere: Innstillingene for hastighetssløyfeforsterkning og integraltidskonstant må justeres i henhold til maskinverktøyets dynamiske egenskaper og prosesseringskrav. Generelt sett kan hastighetssløyfeforsterkning settes litt høyere enn for det semi-lukkede sløyfesystemet for å forbedre systemets responshastighet.
(3) Filterparametere: Hellukkede systemer er mer følsomme for støy i tilbakekoblingssignalet, så passende filterparametere må settes for å filtrere ut støy. Filtertypen og parametervalget bør justeres i henhold til det spesifikke applikasjonsscenarioet.
III. Bruk av høyfrekvent undertrykkelsesfunksjon
Diskusjonen ovenfor handler om parameteroptimaliseringsmetoden for lavfrekvente oscillasjoner. Noen ganger vil CNC-systemet i CNC-maskinverktøy generere tilbakekoblingssignaler som inneholder høyfrekvente harmoniske svingninger på grunn av visse oscillasjonsårsaker i den mekaniske delen, noe som gjør at utgangsmomentet ikke er konstant og dermed genererer vibrasjon. For denne høyfrekvente oscillasjonssituasjonen kan en førsteordens lavpassfilterkobling legges til hastighetssløyfen, som er momentfilteret.
Momentfilteret kan effektivt filtrere ut høyfrekvente harmoniske svingninger i tilbakekoblingssignalet, noe som gjør utgangsmomentet mer stabilt og dermed reduserer vibrasjoner. Når du velger parametere for momentfilteret, må følgende faktorer vurderes:
(1) Grensefrekvens: Grensefrekvensen bestemmer filterets dempningsgrad for høyfrekvente signaler. For lav grensefrekvens vil påvirke systemets responshastighet, mens for høy grensefrekvens ikke vil være i stand til å filtrere ut høyfrekvente harmoniske svingninger effektivt.
(2) Filtertype: Vanlige filtertyper inkluderer Butterworth-filter, Chebyshev-filter osv. Ulike filtertyper har forskjellige frekvensresponsegenskaper og må velges i henhold til det spesifikke bruksscenarioet.
(3) Filterrekkefølge: Jo høyere filterrekkefølge, desto bedre dempningseffekt på høyfrekvente signaler, men samtidig vil det også øke systemets beregningsbyrde. Når filterrekkefølge velges, må systemets ytelse og beregningsressurser tas i betraktning.
Diskusjonen ovenfor handler om parameteroptimaliseringsmetoden for lavfrekvente oscillasjoner. Noen ganger vil CNC-systemet i CNC-maskinverktøy generere tilbakekoblingssignaler som inneholder høyfrekvente harmoniske svingninger på grunn av visse oscillasjonsårsaker i den mekaniske delen, noe som gjør at utgangsmomentet ikke er konstant og dermed genererer vibrasjon. For denne høyfrekvente oscillasjonssituasjonen kan en førsteordens lavpassfilterkobling legges til hastighetssløyfen, som er momentfilteret.
Momentfilteret kan effektivt filtrere ut høyfrekvente harmoniske svingninger i tilbakekoblingssignalet, noe som gjør utgangsmomentet mer stabilt og dermed reduserer vibrasjoner. Når du velger parametere for momentfilteret, må følgende faktorer vurderes:
(1) Grensefrekvens: Grensefrekvensen bestemmer filterets dempningsgrad for høyfrekvente signaler. For lav grensefrekvens vil påvirke systemets responshastighet, mens for høy grensefrekvens ikke vil være i stand til å filtrere ut høyfrekvente harmoniske svingninger effektivt.
(2) Filtertype: Vanlige filtertyper inkluderer Butterworth-filter, Chebyshev-filter osv. Ulike filtertyper har forskjellige frekvensresponsegenskaper og må velges i henhold til det spesifikke bruksscenarioet.
(3) Filterrekkefølge: Jo høyere filterrekkefølge, desto bedre dempningseffekt på høyfrekvente signaler, men samtidig vil det også øke systemets beregningsbyrde. Når filterrekkefølge velges, må systemets ytelse og beregningsressurser tas i betraktning.
I tillegg, for å ytterligere eliminere oscillasjonen i CNC-maskinverktøy, kan følgende tiltak også iverksettes:
Optimaliser den mekaniske strukturen
Kontroller de mekaniske delene på maskinverktøyet, som føringsskinner, ledeskruer, lagre osv., for å sikre at monteringsnøyaktigheten og passformklaringen oppfyller kravene. For sterkt slitte deler, skift ut eller reparer dem i tide. Samtidig må du justere motvekten og balansen på maskinverktøyet på en rimelig måte for å redusere generering av mekanisk vibrasjon.
Forbedre kontrollsystemets anti-interferensevne
Kontrollsystemet til CNC-maskinverktøy påvirkes lett av ekstern interferens, som elektromagnetisk interferens, strømsvingninger osv. For å forbedre kontrollsystemets anti-interferensevne kan følgende tiltak iverksettes:
(1) Ta i bruk skjermede kabler og jordingstiltak for å redusere påvirkningen av elektromagnetisk interferens.
(2) Installer strømfiltre for å stabilisere strømforsyningsspenningen.
(3) Optimaliser programvarealgoritmen til kontrollsystemet for å forbedre systemets anti-interferensytelse.
Regelmessig vedlikehold og vedlikehold
Utfør regelmessig vedlikehold og vedlikehold på CNC-maskiner, rengjør ulike deler av maskinverktøyet, kontroller driftstilstanden til smøresystemet og kjølesystemet, og skift ut slitte deler og smøreolje i tide. Dette kan sikre maskinverktøyets stabile ytelse og redusere forekomsten av oscillasjoner.
Optimaliser den mekaniske strukturen
Kontroller de mekaniske delene på maskinverktøyet, som føringsskinner, ledeskruer, lagre osv., for å sikre at monteringsnøyaktigheten og passformklaringen oppfyller kravene. For sterkt slitte deler, skift ut eller reparer dem i tide. Samtidig må du justere motvekten og balansen på maskinverktøyet på en rimelig måte for å redusere generering av mekanisk vibrasjon.
Forbedre kontrollsystemets anti-interferensevne
Kontrollsystemet til CNC-maskinverktøy påvirkes lett av ekstern interferens, som elektromagnetisk interferens, strømsvingninger osv. For å forbedre kontrollsystemets anti-interferensevne kan følgende tiltak iverksettes:
(1) Ta i bruk skjermede kabler og jordingstiltak for å redusere påvirkningen av elektromagnetisk interferens.
(2) Installer strømfiltre for å stabilisere strømforsyningsspenningen.
(3) Optimaliser programvarealgoritmen til kontrollsystemet for å forbedre systemets anti-interferensytelse.
Regelmessig vedlikehold og vedlikehold
Utfør regelmessig vedlikehold og vedlikehold på CNC-maskiner, rengjør ulike deler av maskinverktøyet, kontroller driftstilstanden til smøresystemet og kjølesystemet, og skift ut slitte deler og smøreolje i tide. Dette kan sikre maskinverktøyets stabile ytelse og redusere forekomsten av oscillasjoner.
Avslutningsvis krever eliminering av oscillasjon i CNC-maskinverktøy omfattende vurdering av mekaniske og elektriske faktorer. Ved å justere parametrene til servosystemet på en rimelig måte, ta i bruk høyfrekvent undertrykkelsesfunksjon, optimalisere den mekaniske strukturen, forbedre kontrollsystemets anti-interferensevne og utføre regelmessig vedlikehold, kan forekomsten av oscillasjon reduseres effektivt og maskineringsnøyaktigheten og stabiliteten til maskinverktøyet forbedres.