CNC-tööpinkide võnkumise kõrvaldamise meetodid
CNC-tööpingid mängivad olulist rolli tänapäeva tööstuslikus tootmises. Siiski vaevab võnkumise probleem sageli nii operaatoreid kui ka tootjaid. CNC-tööpinkide võnkumise põhjused on suhteliselt keerulised. Lisaks paljudele teguritele, nagu eemaldamatud ülekandevahed, elastne deformatsioon ja hõõrdetakistus mehaanilises aspektis, on oluliseks aspektiks ka servosüsteemi asjakohaste parameetrite mõju. Nüüd tutvustab CNC-tööpinkide tootja üksikasjalikult meetodeid CNC-tööpinkide võnkumise kõrvaldamiseks.
I. Positsioonisilmuse võimenduse vähendamine
Proportsionaal-integraal-derivaat kontroller on multifunktsionaalne kontroller, millel on CNC-tööpinkides oluline roll. See mitte ainult ei suuda tõhusalt teostada voolu- ja pingesignaalide proportsionaalset võimendust, vaid ka reguleerida väljundsignaali mahajäämust või juhtivust. Väljundvoolu ja -pinge mahajäämuse või juhtivuse tõttu tekivad mõnikord võnkumisvead. Sel ajal saab PID-i kasutada väljundvoolu ja -pinge faasi reguleerimiseks.
Positsioneerimisahela võimendus on CNC-tööpinkide juhtimissüsteemi võtmeparameeter. Kui positsioonimisahela võimendus on liiga suur, on süsteem positsioonivigade suhtes liiga tundlik ja altid võnkumisele. Positsioneerimisahela võimenduse vähendamine võib vähendada süsteemi reageerimiskiirust ja seega vähendada võnkumise võimalust.
Positsioneerimisahela võimenduse reguleerimisel tuleb see mõistlikult seadistada vastavalt konkreetsele tööpingi mudelile ja töötlemisnõuetele. Üldiselt saab positsioonimisahela võimendust esmalt suhteliselt madalale tasemele vähendada ja seejärel järk-järgult suurendada, jälgides tööpingi tööd, kuni leitakse optimaalne väärtus, mis vastab töötlemistäpsuse nõuetele ja väldib võnkumist.
Proportsionaal-integraal-derivaat kontroller on multifunktsionaalne kontroller, millel on CNC-tööpinkides oluline roll. See mitte ainult ei suuda tõhusalt teostada voolu- ja pingesignaalide proportsionaalset võimendust, vaid ka reguleerida väljundsignaali mahajäämust või juhtivust. Väljundvoolu ja -pinge mahajäämuse või juhtivuse tõttu tekivad mõnikord võnkumisvead. Sel ajal saab PID-i kasutada väljundvoolu ja -pinge faasi reguleerimiseks.
Positsioneerimisahela võimendus on CNC-tööpinkide juhtimissüsteemi võtmeparameeter. Kui positsioonimisahela võimendus on liiga suur, on süsteem positsioonivigade suhtes liiga tundlik ja altid võnkumisele. Positsioneerimisahela võimenduse vähendamine võib vähendada süsteemi reageerimiskiirust ja seega vähendada võnkumise võimalust.
Positsioneerimisahela võimenduse reguleerimisel tuleb see mõistlikult seadistada vastavalt konkreetsele tööpingi mudelile ja töötlemisnõuetele. Üldiselt saab positsioonimisahela võimendust esmalt suhteliselt madalale tasemele vähendada ja seejärel järk-järgult suurendada, jälgides tööpingi tööd, kuni leitakse optimaalne väärtus, mis vastab töötlemistäpsuse nõuetele ja väldib võnkumist.
II. Suletud ahelaga servosüsteemi parameetrite reguleerimine
Poolsuletud ahelaga servosüsteem
Mõned CNC-servosüsteemid kasutavad poolsuletud ahelaga seadmeid. Poolsuletud ahelaga servosüsteemi reguleerimisel on vaja tagada, et kohalik poolsuletud ahelaga süsteem ei võnguks. Kuna täissuletud ahelaga servosüsteem reguleerib parameetreid eeldusel, et selle kohalik poolsuletud ahelaga süsteem on stabiilne, on need kaks reguleerimismeetodit sarnased.
Poolsuletud ahelaga servosüsteem annab tööpingi asukohainfot kaudselt tagasi, tuvastades mootori pöördenurka või kiirust. Parameetrite reguleerimisel tuleb tähelepanu pöörata järgmistele aspektidele:
(1) Kiiruseahela parameetrid: Kiiruseahela võimenduse ja integreerimise ajakonstandi sätetel on suur mõju süsteemi stabiilsusele ja reageerimiskiirusele. Liiga suur kiiruseahela võimendus viib süsteemi liiga kiire reageerimiseni ja on altid võnkumiste tekitamisele; samas kui liiga pikk integreerimise ajakonstant aeglustab süsteemi reageerimist ja mõjutab töötlemise efektiivsust.
(2) Positsioneerimisahela parameetrid: Positsioneerimisahela võimenduse ja filtri parameetrite reguleerimine võib parandada süsteemi asukoha täpsust ja stabiilsust. Liiga suur positsioonimisahela võimendus põhjustab võnkumist ning filter saab tagasisidesignaalist välja filtreerida kõrgsagedusliku müra, parandades süsteemi stabiilsust.
Täissuletud ahelaga servosüsteem
Täissuletud ahelaga servosüsteem realiseerib täpse positsiooni juhtimise, tuvastades otse tööpingi tegeliku asukoha. Täissuletud ahelaga servosüsteemi reguleerimisel tuleb parameetreid hoolikamalt valida, et tagada süsteemi stabiilsus ja täpsus.
Täissuletud ahelaga servosüsteemi parameetrite reguleerimine hõlmab peamiselt järgmisi aspekte:
(1) Positsioneerimisahela võimendus: Sarnaselt poolsuletud ahelaga süsteemile põhjustab liiga suur positsioonimisahela võimendus võnkumist. Kuna aga täielikult suletud ahelaga süsteem tuvastab positsioonivead täpsemalt, saab positsioonimisahela võimenduse seada suhteliselt kõrgeks, et parandada süsteemi positsioonitäpsust.
(2) Kiiruskontuuri parameetrid: Kiiruskontuuri võimenduse ja integraalse ajakonstandi sätteid tuleb reguleerida vastavalt tööpingi dünaamilistele omadustele ja töötlemisnõuetele. Üldiselt saab kiiruskontuuri võimendust seadistada veidi kõrgemaks kui poolsuletud ahelaga süsteemis, et parandada süsteemi reageerimiskiirust.
(3) Filtriparameetrid: Täielikult suletud ahelaga süsteem on tagasisidesignaali müra suhtes tundlikum, seega tuleb müra filtreerimiseks määrata sobivad filtriparameetrid. Filtri tüüp ja parameetrite valik tuleks kohandada vastavalt konkreetsele rakendusstsenaariumile.
Poolsuletud ahelaga servosüsteem
Mõned CNC-servosüsteemid kasutavad poolsuletud ahelaga seadmeid. Poolsuletud ahelaga servosüsteemi reguleerimisel on vaja tagada, et kohalik poolsuletud ahelaga süsteem ei võnguks. Kuna täissuletud ahelaga servosüsteem reguleerib parameetreid eeldusel, et selle kohalik poolsuletud ahelaga süsteem on stabiilne, on need kaks reguleerimismeetodit sarnased.
Poolsuletud ahelaga servosüsteem annab tööpingi asukohainfot kaudselt tagasi, tuvastades mootori pöördenurka või kiirust. Parameetrite reguleerimisel tuleb tähelepanu pöörata järgmistele aspektidele:
(1) Kiiruseahela parameetrid: Kiiruseahela võimenduse ja integreerimise ajakonstandi sätetel on suur mõju süsteemi stabiilsusele ja reageerimiskiirusele. Liiga suur kiiruseahela võimendus viib süsteemi liiga kiire reageerimiseni ja on altid võnkumiste tekitamisele; samas kui liiga pikk integreerimise ajakonstant aeglustab süsteemi reageerimist ja mõjutab töötlemise efektiivsust.
(2) Positsioneerimisahela parameetrid: Positsioneerimisahela võimenduse ja filtri parameetrite reguleerimine võib parandada süsteemi asukoha täpsust ja stabiilsust. Liiga suur positsioonimisahela võimendus põhjustab võnkumist ning filter saab tagasisidesignaalist välja filtreerida kõrgsagedusliku müra, parandades süsteemi stabiilsust.
Täissuletud ahelaga servosüsteem
Täissuletud ahelaga servosüsteem realiseerib täpse positsiooni juhtimise, tuvastades otse tööpingi tegeliku asukoha. Täissuletud ahelaga servosüsteemi reguleerimisel tuleb parameetreid hoolikamalt valida, et tagada süsteemi stabiilsus ja täpsus.
Täissuletud ahelaga servosüsteemi parameetrite reguleerimine hõlmab peamiselt järgmisi aspekte:
(1) Positsioneerimisahela võimendus: Sarnaselt poolsuletud ahelaga süsteemile põhjustab liiga suur positsioonimisahela võimendus võnkumist. Kuna aga täielikult suletud ahelaga süsteem tuvastab positsioonivead täpsemalt, saab positsioonimisahela võimenduse seada suhteliselt kõrgeks, et parandada süsteemi positsioonitäpsust.
(2) Kiiruskontuuri parameetrid: Kiiruskontuuri võimenduse ja integraalse ajakonstandi sätteid tuleb reguleerida vastavalt tööpingi dünaamilistele omadustele ja töötlemisnõuetele. Üldiselt saab kiiruskontuuri võimendust seadistada veidi kõrgemaks kui poolsuletud ahelaga süsteemis, et parandada süsteemi reageerimiskiirust.
(3) Filtriparameetrid: Täielikult suletud ahelaga süsteem on tagasisidesignaali müra suhtes tundlikum, seega tuleb müra filtreerimiseks määrata sobivad filtriparameetrid. Filtri tüüp ja parameetrite valik tuleks kohandada vastavalt konkreetsele rakendusstsenaariumile.
III. Kõrgsagedusliku summutusfunktsiooni vastuvõtmine
Ülaltoodud arutelu käsitleb madalsageduslike võnkumiste parameetrite optimeerimise meetodit. Mõnikord genereerib CNC-tööpinkide CNC-süsteem mehaanilise osa teatud võnkumiste tõttu tagasisidesignaale, mis sisaldavad kõrgsageduslikke harmoonilisi, mis muudavad väljundpöördemomendi konstantseks ja tekitavad seega vibratsiooni. Sellise kõrgsagedusliku võnkumise olukorra korral saab kiirusahelale lisada esimese astme madalpääsfiltri ehk pöördemomendi filtri.
Pöördemomendi filter suudab tagasisidesignaalist tõhusalt välja filtreerida kõrgsageduslikud harmoonilised, muutes väljundpöördemomendi stabiilsemaks ja vähendades seeläbi vibratsiooni. Pöördemomendi filtri parameetrite valimisel tuleb arvestada järgmiste teguritega:
(1) Lõiksagedus: Lõiksagedus määrab filtri sumbumisastme kõrgsagedussignaalide suhtes. Liiga madal lõikesagedus mõjutab süsteemi reageerimiskiirust, samas kui liiga kõrge lõikesagedus ei suuda kõrgsageduslikke harmoonilisi tõhusalt välja filtreerida.
(2) Filtri tüüp: Levinud filtritüüpide hulka kuuluvad Butterworthi filter, Chebyshevi filter jne. Erinevat tüüpi filtritel on erinevad sageduskarakteristikud ja need tuleb valida vastavalt konkreetsele rakendusstsenaariumile.
(3) Filtri järk: mida kõrgem on filtri järk, seda parem on kõrgsagedussignaalide sumbumisefekt, kuid samal ajal suurendab see ka süsteemi arvutuskoormust. Filtri järjekorra valimisel tuleb põhjalikult arvestada süsteemi jõudlust ja arvutusressursse.
Ülaltoodud arutelu käsitleb madalsageduslike võnkumiste parameetrite optimeerimise meetodit. Mõnikord genereerib CNC-tööpinkide CNC-süsteem mehaanilise osa teatud võnkumiste tõttu tagasisidesignaale, mis sisaldavad kõrgsageduslikke harmoonilisi, mis muudavad väljundpöördemomendi konstantseks ja tekitavad seega vibratsiooni. Sellise kõrgsagedusliku võnkumise olukorra korral saab kiirusahelale lisada esimese astme madalpääsfiltri ehk pöördemomendi filtri.
Pöördemomendi filter suudab tagasisidesignaalist tõhusalt välja filtreerida kõrgsageduslikud harmoonilised, muutes väljundpöördemomendi stabiilsemaks ja vähendades seeläbi vibratsiooni. Pöördemomendi filtri parameetrite valimisel tuleb arvestada järgmiste teguritega:
(1) Lõiksagedus: Lõiksagedus määrab filtri sumbumisastme kõrgsagedussignaalide suhtes. Liiga madal lõikesagedus mõjutab süsteemi reageerimiskiirust, samas kui liiga kõrge lõikesagedus ei suuda kõrgsageduslikke harmoonilisi tõhusalt välja filtreerida.
(2) Filtri tüüp: Levinud filtritüüpide hulka kuuluvad Butterworthi filter, Chebyshevi filter jne. Erinevat tüüpi filtritel on erinevad sageduskarakteristikud ja need tuleb valida vastavalt konkreetsele rakendusstsenaariumile.
(3) Filtri järk: mida kõrgem on filtri järk, seda parem on kõrgsagedussignaalide sumbumisefekt, kuid samal ajal suurendab see ka süsteemi arvutuskoormust. Filtri järjekorra valimisel tuleb põhjalikult arvestada süsteemi jõudlust ja arvutusressursse.
Lisaks saab CNC-tööpinkide võnkumise edasiseks kõrvaldamiseks võtta ka järgmisi meetmeid:
Optimeeri mehaanilist struktuuri
Kontrollige tööpingi mehaanilisi osi, näiteks juhtrööpaid, juhtkruvisid, laagreid jne, et veenduda nende paigaldustäpsuse ja sobivuse vastavuses nõuetele. Tugevalt kulunud osad tuleks õigeaegselt välja vahetada või parandada. Samal ajal tuleks tööpingi vastukaalu ja tasakaalu mõistlikult reguleerida, et vähendada mehaanilise vibratsiooni teket.
Parandada juhtimissüsteemi häiretevastast võimet
CNC-tööpinkide juhtimissüsteemi mõjutavad kergesti välised häired, näiteks elektromagnetilised häired, võimsuse kõikumised jne. Juhtimissüsteemi häiretevastase võime parandamiseks saab võtta järgmisi meetmeid:
(1) Elektromagnetiliste häirete mõju vähendamiseks kasutage varjestatud kaableid ja maandusmeetmeid.
(2) Paigaldage toitepinge stabiliseerimiseks toitefiltrid.
(3) Optimeerige juhtimissüsteemi tarkvaraalgoritmi, et parandada süsteemi häiretevastast jõudlust.
Regulaarne hooldus ja korrashoid
CNC-tööpinkide regulaarne hooldus ja korrashoid, tööpingi erinevate osade puhastamine, määrimis- ja jahutussüsteemi töötingimuste kontrollimine ning kulunud osade ja määrdeõli õigeaegne vahetamine tagab tööpingi stabiilse jõudluse ja vähendab võnkumiste esinemist.
Optimeeri mehaanilist struktuuri
Kontrollige tööpingi mehaanilisi osi, näiteks juhtrööpaid, juhtkruvisid, laagreid jne, et veenduda nende paigaldustäpsuse ja sobivuse vastavuses nõuetele. Tugevalt kulunud osad tuleks õigeaegselt välja vahetada või parandada. Samal ajal tuleks tööpingi vastukaalu ja tasakaalu mõistlikult reguleerida, et vähendada mehaanilise vibratsiooni teket.
Parandada juhtimissüsteemi häiretevastast võimet
CNC-tööpinkide juhtimissüsteemi mõjutavad kergesti välised häired, näiteks elektromagnetilised häired, võimsuse kõikumised jne. Juhtimissüsteemi häiretevastase võime parandamiseks saab võtta järgmisi meetmeid:
(1) Elektromagnetiliste häirete mõju vähendamiseks kasutage varjestatud kaableid ja maandusmeetmeid.
(2) Paigaldage toitepinge stabiliseerimiseks toitefiltrid.
(3) Optimeerige juhtimissüsteemi tarkvaraalgoritmi, et parandada süsteemi häiretevastast jõudlust.
Regulaarne hooldus ja korrashoid
CNC-tööpinkide regulaarne hooldus ja korrashoid, tööpingi erinevate osade puhastamine, määrimis- ja jahutussüsteemi töötingimuste kontrollimine ning kulunud osade ja määrdeõli õigeaegne vahetamine tagab tööpingi stabiilse jõudluse ja vähendab võnkumiste esinemist.
Kokkuvõtteks võib öelda, et CNC-tööpinkide võnkumiste kõrvaldamine nõuab mehaaniliste ja elektriliste tegurite põhjalikku arvessevõtmist. Servosüsteemi parameetrite mõistliku reguleerimise, kõrgsagedusliku summutusfunktsiooni rakendamise, mehaanilise konstruktsiooni optimeerimise, juhtimissüsteemi häiretevastase võime parandamise ning regulaarse hoolduse ja korrashoiu abil saab võnkumiste esinemist tõhusalt vähendada ning tööpinkide töötlemise täpsust ja stabiilsust parandada.