Mètodes per eliminar l'oscil·lació de les màquines-eina CNC
Les màquines-eina CNC tenen un paper important en la producció industrial moderna. Tanmateix, el problema de l'oscil·lació sovint afecta els operadors i els fabricants. Les raons de l'oscil·lació de les màquines-eina CNC són relativament complexes. A més de molts factors com ara els buits de transmissió irremovibles, la deformació elàstica i la resistència a la fricció en l'aspecte mecànic, la influència dels paràmetres rellevants del sistema servo també és un aspecte important. Ara, el fabricant de màquines-eina CNC introduirà en detall els mètodes per eliminar l'oscil·lació de les màquines-eina CNC.
I. Reducció del guany del bucle de posició
El controlador proporcional-integral-derivatiu és un controlador multifuncional que juga un paper crucial en les màquines-eina CNC. No només pot realitzar un guany proporcional eficaç en els senyals de corrent i voltatge, sinó que també pot ajustar el problema de retard o avançament del senyal de sortida. De vegades es produeixen errors d'oscil·lació a causa del retard o avançament del corrent i la tensió de sortida. En aquest moment, el PID es pot utilitzar per ajustar la fase del corrent i la tensió de sortida.
El guany del bucle de posició és un paràmetre clau en el sistema de control de les màquines-eina CNC. Quan el guany del bucle de posició és massa alt, el sistema és massa sensible als errors de posició i és propens a causar oscil·lació. La reducció del guany del bucle de posició pot reduir la velocitat de resposta del sistema i, per tant, la possibilitat d'oscil·lació.
Quan s'ajusta el guany del bucle de posició, cal configurar-lo raonablement segons el model de màquina-eina específic i els requisits de processament. En general, el guany del bucle de posició es pot reduir primer a un nivell relativament baix i després augmentar-lo gradualment mentre s'observa el funcionament de la màquina-eina fins que es trobi un valor òptim que pugui complir els requisits de precisió del processament i evitar l'oscil·lació.
El controlador proporcional-integral-derivatiu és un controlador multifuncional que juga un paper crucial en les màquines-eina CNC. No només pot realitzar un guany proporcional eficaç en els senyals de corrent i voltatge, sinó que també pot ajustar el problema de retard o avançament del senyal de sortida. De vegades es produeixen errors d'oscil·lació a causa del retard o avançament del corrent i la tensió de sortida. En aquest moment, el PID es pot utilitzar per ajustar la fase del corrent i la tensió de sortida.
El guany del bucle de posició és un paràmetre clau en el sistema de control de les màquines-eina CNC. Quan el guany del bucle de posició és massa alt, el sistema és massa sensible als errors de posició i és propens a causar oscil·lació. La reducció del guany del bucle de posició pot reduir la velocitat de resposta del sistema i, per tant, la possibilitat d'oscil·lació.
Quan s'ajusta el guany del bucle de posició, cal configurar-lo raonablement segons el model de màquina-eina específic i els requisits de processament. En general, el guany del bucle de posició es pot reduir primer a un nivell relativament baix i després augmentar-lo gradualment mentre s'observa el funcionament de la màquina-eina fins que es trobi un valor òptim que pugui complir els requisits de precisió del processament i evitar l'oscil·lació.
II. Ajust de paràmetres del sistema servo de circuit tancat
Sistema de servomotors de bucle semitancat
Alguns sistemes servo CNC utilitzen dispositius de bucle semitancat. Quan s'ajusta el sistema servo de bucle semitancat, cal assegurar-se que el sistema de bucle semitancat local no oscil·li. Com que el sistema servo de bucle tancat complet realitza l'ajust dels paràmetres partint de la premissa que el seu sistema de bucle semitancat local és estable, els dos són similars en els mètodes d'ajust.
El sistema servo de bucle semitancat retorna indirectament la informació de posició de la màquina-eina detectant l'angle de rotació o la velocitat del motor. En ajustar els paràmetres, cal tenir en compte els aspectes següents:
(1) Paràmetres del bucle de velocitat: La configuració del guany del bucle de velocitat i la constant de temps integral tenen una gran influència en l'estabilitat i la velocitat de resposta del sistema. Un guany de bucle de velocitat massa alt comportarà una resposta del sistema massa ràpida i és propens a generar oscil·lacions; mentre que una constant de temps integral massa llarga alentirà la resposta del sistema i afectarà l'eficiència del processament.
(2) Paràmetres del bucle de posició: L'ajust del guany del bucle de posició i dels paràmetres del filtre pot millorar la precisió de la posició i l'estabilitat del sistema. Un guany del bucle de posició massa alt causarà oscil·lació i el filtre pot filtrar el soroll d'alta freqüència del senyal de retroalimentació i millorar l'estabilitat del sistema.
Sistema de servomotors de circuit tancat complet
El sistema servo de bucle tancat complet realitza un control de posició precís detectant directament la posició real de la màquina-eina. Quan s'ajusta el sistema servo de bucle tancat complet, cal seleccionar els paràmetres amb més cura per garantir l'estabilitat i la precisió del sistema.
L'ajust de paràmetres del sistema servo de circuit tancat complet inclou principalment els aspectes següents:
(1) Guany del bucle de posició: De manera similar al sistema de bucle semitancat, un guany del bucle de posició massa alt provocarà oscil·lació. Tanmateix, com que el sistema de bucle completament tancat detecta els errors de posició amb més precisió, el guany del bucle de posició es pot establir relativament alt per millorar la precisió de la posició del sistema.
(2) Paràmetres del bucle de velocitat: Els paràmetres del guany del bucle de velocitat i la constant de temps integral s'han d'ajustar segons les característiques dinàmiques i els requisits de processament de la màquina-eina. En general, el guany del bucle de velocitat es pot establir lleugerament més alt que el del sistema de bucle semitancat per millorar la velocitat de resposta del sistema.
(3) Paràmetres del filtre: El sistema de circuit tancat complet és més sensible al soroll del senyal de retroalimentació, per la qual cosa cal configurar els paràmetres de filtre adequats per filtrar el soroll. El tipus i la selecció de paràmetres del filtre s'han d'ajustar segons l'escenari d'aplicació específic.
Sistema de servomotors de bucle semitancat
Alguns sistemes servo CNC utilitzen dispositius de bucle semitancat. Quan s'ajusta el sistema servo de bucle semitancat, cal assegurar-se que el sistema de bucle semitancat local no oscil·li. Com que el sistema servo de bucle tancat complet realitza l'ajust dels paràmetres partint de la premissa que el seu sistema de bucle semitancat local és estable, els dos són similars en els mètodes d'ajust.
El sistema servo de bucle semitancat retorna indirectament la informació de posició de la màquina-eina detectant l'angle de rotació o la velocitat del motor. En ajustar els paràmetres, cal tenir en compte els aspectes següents:
(1) Paràmetres del bucle de velocitat: La configuració del guany del bucle de velocitat i la constant de temps integral tenen una gran influència en l'estabilitat i la velocitat de resposta del sistema. Un guany de bucle de velocitat massa alt comportarà una resposta del sistema massa ràpida i és propens a generar oscil·lacions; mentre que una constant de temps integral massa llarga alentirà la resposta del sistema i afectarà l'eficiència del processament.
(2) Paràmetres del bucle de posició: L'ajust del guany del bucle de posició i dels paràmetres del filtre pot millorar la precisió de la posició i l'estabilitat del sistema. Un guany del bucle de posició massa alt causarà oscil·lació i el filtre pot filtrar el soroll d'alta freqüència del senyal de retroalimentació i millorar l'estabilitat del sistema.
Sistema de servomotors de circuit tancat complet
El sistema servo de bucle tancat complet realitza un control de posició precís detectant directament la posició real de la màquina-eina. Quan s'ajusta el sistema servo de bucle tancat complet, cal seleccionar els paràmetres amb més cura per garantir l'estabilitat i la precisió del sistema.
L'ajust de paràmetres del sistema servo de circuit tancat complet inclou principalment els aspectes següents:
(1) Guany del bucle de posició: De manera similar al sistema de bucle semitancat, un guany del bucle de posició massa alt provocarà oscil·lació. Tanmateix, com que el sistema de bucle completament tancat detecta els errors de posició amb més precisió, el guany del bucle de posició es pot establir relativament alt per millorar la precisió de la posició del sistema.
(2) Paràmetres del bucle de velocitat: Els paràmetres del guany del bucle de velocitat i la constant de temps integral s'han d'ajustar segons les característiques dinàmiques i els requisits de processament de la màquina-eina. En general, el guany del bucle de velocitat es pot establir lleugerament més alt que el del sistema de bucle semitancat per millorar la velocitat de resposta del sistema.
(3) Paràmetres del filtre: El sistema de circuit tancat complet és més sensible al soroll del senyal de retroalimentació, per la qual cosa cal configurar els paràmetres de filtre adequats per filtrar el soroll. El tipus i la selecció de paràmetres del filtre s'han d'ajustar segons l'escenari d'aplicació específic.
III. Adopció de la funció de supressió d'alta freqüència
La discussió anterior tracta sobre el mètode d'optimització de paràmetres per a l'oscil·lació de baixa freqüència. De vegades, el sistema CNC de les màquines-eina CNC generarà senyals de retroalimentació que contenen harmònics d'alta freqüència a causa de certes raons d'oscil·lació a la part mecànica, cosa que fa que el parell de sortida no sigui constant i, per tant, generi vibracions. Per a aquesta situació d'oscil·lació d'alta freqüència, es pot afegir un enllaç de filtratge de pas baix de primer ordre al bucle de velocitat, que és el filtre de parell.
El filtre de parell pot filtrar eficaçment els harmònics d'alta freqüència del senyal de retroalimentació, fent que el parell de sortida sigui més estable i, per tant, reduint la vibració. A l'hora de seleccionar els paràmetres del filtre de parell, cal tenir en compte els factors següents:
(1) Freqüència de tall: La freqüència de tall determina el grau d'atenuació del filtre als senyals d'alta freqüència. Una freqüència de tall massa baixa afectarà la velocitat de resposta del sistema, mentre que una freqüència de tall massa alta no podrà filtrar eficaçment els harmònics d'alta freqüència.
(2) Tipus de filtre: Els tipus de filtres comuns inclouen el filtre Butterworth, el filtre Chebyshev, etc. Els diferents tipus de filtres tenen característiques de resposta de freqüència diferents i s'han de seleccionar segons l'escenari d'aplicació específic.
(3) Ordre del filtre: Com més alt sigui l'ordre del filtre, millor serà l'efecte d'atenuació en els senyals d'alta freqüència, però alhora també augmentarà la càrrega computacional del sistema. A l'hora de seleccionar l'ordre del filtre, cal tenir en compte el rendiment i els recursos computacionals del sistema de manera exhaustiva.
La discussió anterior tracta sobre el mètode d'optimització de paràmetres per a l'oscil·lació de baixa freqüència. De vegades, el sistema CNC de les màquines-eina CNC generarà senyals de retroalimentació que contenen harmònics d'alta freqüència a causa de certes raons d'oscil·lació a la part mecànica, cosa que fa que el parell de sortida no sigui constant i, per tant, generi vibracions. Per a aquesta situació d'oscil·lació d'alta freqüència, es pot afegir un enllaç de filtratge de pas baix de primer ordre al bucle de velocitat, que és el filtre de parell.
El filtre de parell pot filtrar eficaçment els harmònics d'alta freqüència del senyal de retroalimentació, fent que el parell de sortida sigui més estable i, per tant, reduint la vibració. A l'hora de seleccionar els paràmetres del filtre de parell, cal tenir en compte els factors següents:
(1) Freqüència de tall: La freqüència de tall determina el grau d'atenuació del filtre als senyals d'alta freqüència. Una freqüència de tall massa baixa afectarà la velocitat de resposta del sistema, mentre que una freqüència de tall massa alta no podrà filtrar eficaçment els harmònics d'alta freqüència.
(2) Tipus de filtre: Els tipus de filtres comuns inclouen el filtre Butterworth, el filtre Chebyshev, etc. Els diferents tipus de filtres tenen característiques de resposta de freqüència diferents i s'han de seleccionar segons l'escenari d'aplicació específic.
(3) Ordre del filtre: Com més alt sigui l'ordre del filtre, millor serà l'efecte d'atenuació en els senyals d'alta freqüència, però alhora també augmentarà la càrrega computacional del sistema. A l'hora de seleccionar l'ordre del filtre, cal tenir en compte el rendiment i els recursos computacionals del sistema de manera exhaustiva.
A més, per eliminar encara més l'oscil·lació de les màquines-eina CNC, també es poden prendre les mesures següents:
Optimitzar l'estructura mecànica
Comproveu les parts mecàniques de la màquina-eina, com ara els rails de guia, els cargols de plom, els coixinets, etc., per assegurar-vos que la precisió de la instal·lació i la folgança d'ajust compleixin els requisits. Per a les peces molt desgastades, substituïu-les o repareu-les a temps. Al mateix temps, ajusteu raonablement el contrapès i l'equilibri de la màquina-eina per reduir la generació de vibracions mecàniques.
Millorar la capacitat antiinterferències del sistema de control
El sistema de control de les màquines-eina CNC es veu fàcilment afectat per interferències externes, com ara interferències electromagnètiques, fluctuacions de potència, etc. Per tal de millorar la capacitat antiinterferències del sistema de control, es poden prendre les mesures següents:
(1) Adoptar cables blindats i mesures de connexió a terra per reduir la influència de les interferències electromagnètiques.
(2) Instal·leu filtres d'alimentació per estabilitzar la tensió de la font d'alimentació.
(3) Optimitzar l'algoritme de programari del sistema de control per millorar el rendiment antiinterferències del sistema.
Manteniment i conservació regulars
Realitzeu regularment el manteniment i la conservació de les màquines-eina CNC, netegeu les diverses parts de la màquina-eina, comproveu les condicions de funcionament del sistema de lubricació i del sistema de refrigeració i substituïu les peces desgastades i l'oli lubricant a temps. Això pot garantir un rendiment estable de la màquina-eina i reduir l'aparició d'oscil·lacions.
Optimitzar l'estructura mecànica
Comproveu les parts mecàniques de la màquina-eina, com ara els rails de guia, els cargols de plom, els coixinets, etc., per assegurar-vos que la precisió de la instal·lació i la folgança d'ajust compleixin els requisits. Per a les peces molt desgastades, substituïu-les o repareu-les a temps. Al mateix temps, ajusteu raonablement el contrapès i l'equilibri de la màquina-eina per reduir la generació de vibracions mecàniques.
Millorar la capacitat antiinterferències del sistema de control
El sistema de control de les màquines-eina CNC es veu fàcilment afectat per interferències externes, com ara interferències electromagnètiques, fluctuacions de potència, etc. Per tal de millorar la capacitat antiinterferències del sistema de control, es poden prendre les mesures següents:
(1) Adoptar cables blindats i mesures de connexió a terra per reduir la influència de les interferències electromagnètiques.
(2) Instal·leu filtres d'alimentació per estabilitzar la tensió de la font d'alimentació.
(3) Optimitzar l'algoritme de programari del sistema de control per millorar el rendiment antiinterferències del sistema.
Manteniment i conservació regulars
Realitzeu regularment el manteniment i la conservació de les màquines-eina CNC, netegeu les diverses parts de la màquina-eina, comproveu les condicions de funcionament del sistema de lubricació i del sistema de refrigeració i substituïu les peces desgastades i l'oli lubricant a temps. Això pot garantir un rendiment estable de la màquina-eina i reduir l'aparició d'oscil·lacions.
En conclusió, eliminar l'oscil·lació de les màquines-eina CNC requereix una consideració exhaustiva dels factors mecànics i elèctrics. Ajustant raonablement els paràmetres del sistema servo, adoptant la funció de supressió d'alta freqüència, optimitzant l'estructura mecànica, millorant la capacitat antiinterferències del sistema de control i realitzant un manteniment regular, es pot reduir eficaçment l'aparició d'oscil·lació i es pot millorar la precisió i l'estabilitat del mecanitzat de la màquina-eina.