Методи усунення коливань верстатів з ЧПК
Верстати з ЧПК відіграють важливу роль у сучасному промисловому виробництві. Однак проблема коливань часто турбує операторів та виробників. Причини коливань верстатів з ЧПК є досить складними. Окрім багатьох факторів, таких як незнімні зазори в передачі, пружна деформація та опір тертю в механічному аспекті, важливим аспектом також є вплив відповідних параметрів сервосистеми. Тепер виробник верстатів з ЧПК детально представить методи усунення коливань верстатів з ЧПК.
I. Зменшення коефіцієнта підсилення контуру позиціонування
Пропорційно-інтегрально-диференціальний контролер – це багатофункціональний контролер, який відіграє вирішальну роль у верстатах з ЧПК. Він може не тільки ефективно виконувати пропорційне посилення сигналів струму та напруги, але й регулювати проблему запізнення або випередження вихідного сигналу. Коливання іноді виникають через запізнення або випередження вихідного струму та напруги. У цьому випадку ПІД-регулятор можна використовувати для регулювання фази вихідного струму та напруги.
Коефіцієнт підсилення петлі позиціонування є ключовим параметром у системі керування верстатами з ЧПК. Коли коефіцієнт підсилення петлі позиціонування занадто високий, система надмірно чутлива до помилок позиціонування та схильна до коливань. Зменшення коефіцієнта підсилення петлі позиціонування може зменшити швидкість реакції системи та, таким чином, зменшити ймовірність коливань.
Під час налаштування коефіцієнта підсилення контуру позиціонування його необхідно обґрунтовано встановити відповідно до конкретної моделі верстата та вимог до обробки. Загалом, коефіцієнт підсилення контуру позиціонування можна спочатку зменшити до відносно низького рівня, а потім поступово збільшувати, спостерігаючи за роботою верстата, доки не буде знайдено оптимальне значення, яке може відповідати вимогам точності обробки та уникати коливань.
Пропорційно-інтегрально-диференціальний контролер – це багатофункціональний контролер, який відіграє вирішальну роль у верстатах з ЧПК. Він може не тільки ефективно виконувати пропорційне посилення сигналів струму та напруги, але й регулювати проблему запізнення або випередження вихідного сигналу. Коливання іноді виникають через запізнення або випередження вихідного струму та напруги. У цьому випадку ПІД-регулятор можна використовувати для регулювання фази вихідного струму та напруги.
Коефіцієнт підсилення петлі позиціонування є ключовим параметром у системі керування верстатами з ЧПК. Коли коефіцієнт підсилення петлі позиціонування занадто високий, система надмірно чутлива до помилок позиціонування та схильна до коливань. Зменшення коефіцієнта підсилення петлі позиціонування може зменшити швидкість реакції системи та, таким чином, зменшити ймовірність коливань.
Під час налаштування коефіцієнта підсилення контуру позиціонування його необхідно обґрунтовано встановити відповідно до конкретної моделі верстата та вимог до обробки. Загалом, коефіцієнт підсилення контуру позиціонування можна спочатку зменшити до відносно низького рівня, а потім поступово збільшувати, спостерігаючи за роботою верстата, доки не буде знайдено оптимальне значення, яке може відповідати вимогам точності обробки та уникати коливань.
II. Налаштування параметрів сервосистеми із замкнутим контуром
Напівзамкнута сервосистема
Деякі сервосистеми з ЧПК використовують пристрої з напівзамкненим циклом. Під час налаштування сервосистеми з напівзамкненим циклом необхідно переконатися, що локальна напівзамкнена система не коливається. Оскільки сервосистема з повністю замкнутим циклом виконує налаштування параметрів, виходячи з того, що її локальна напівзамкнена система стабільна, ці дві системи мають схожі методи налаштування.
Напівзамкнута сервосистема опосередковано повертає інформацію про положення верстата, виявляючи кут повороту або швидкість двигуна. Під час налаштування параметрів необхідно звернути увагу на такі аспекти:
(1) Параметри контуру швидкості: Налаштування коефіцієнта підсилення контуру швидкості та інтегральної постійної часу мають великий вплив на стабільність та швидкість реакції системи. Занадто високий коефіцієнт підсилення контуру швидкості призведе до занадто швидкої реакції системи та схильності до генерації коливань; тоді як занадто довга інтегральна стала часу уповільнить реакцію системи та вплине на ефективність обробки.
(2) Параметри петлі позиціонування: Налаштування коефіцієнта посилення петлі позиціонування та параметрів фільтра може покращити точність позиціонування та стабільність системи. Занадто високий коефіцієнт посилення петлі позиціонування спричинить коливання, а фільтр може відфільтрувати високочастотний шум у сигналі зворотного зв'язку та покращити стабільність системи.
Повністю замкнута сервосистема
Сервосистема із повністю замкнутим циклом забезпечує точне керування положенням шляхом безпосереднього визначення фактичного положення верстата. Під час налаштування сервосистеми із повністю замкнутим циклом параметри необхідно вибирати ретельніше, щоб забезпечити стабільність і точність системи.
Налаштування параметрів повністю замкнутої сервосистеми включає в себе головним чином такі аспекти:
(1) Коефіцієнт підсилення петлі позиціонування: Подібно до напівзамкнутої системи, занадто високий коефіцієнт підсилення петлі позиціонування призведе до коливань. Однак, оскільки повністю замкнута система виявляє помилки позиціонування точніше, коефіцієнт підсилення петлі позиціонування можна встановити відносно високим для покращення точності позиціонування системи.
(2) Параметри контуру швидкості: Налаштування коефіцієнта підсилення контуру швидкості та інтегральної постійної часу необхідно регулювати відповідно до динамічних характеристик та вимог до обробки верстата. Загалом, коефіцієнт підсилення контуру швидкості можна встановити трохи вище, ніж у напівзамкнутій системі, щоб покращити швидкість реакції системи.
(3) Параметри фільтра: Система із повністю замкнутим контуром чутливіша до шуму в сигналі зворотного зв'язку, тому необхідно встановити відповідні параметри фільтра для фільтрації шуму. Тип та вибір параметрів фільтра слід регулювати відповідно до конкретного сценарію застосування.
Напівзамкнута сервосистема
Деякі сервосистеми з ЧПК використовують пристрої з напівзамкненим циклом. Під час налаштування сервосистеми з напівзамкненим циклом необхідно переконатися, що локальна напівзамкнена система не коливається. Оскільки сервосистема з повністю замкнутим циклом виконує налаштування параметрів, виходячи з того, що її локальна напівзамкнена система стабільна, ці дві системи мають схожі методи налаштування.
Напівзамкнута сервосистема опосередковано повертає інформацію про положення верстата, виявляючи кут повороту або швидкість двигуна. Під час налаштування параметрів необхідно звернути увагу на такі аспекти:
(1) Параметри контуру швидкості: Налаштування коефіцієнта підсилення контуру швидкості та інтегральної постійної часу мають великий вплив на стабільність та швидкість реакції системи. Занадто високий коефіцієнт підсилення контуру швидкості призведе до занадто швидкої реакції системи та схильності до генерації коливань; тоді як занадто довга інтегральна стала часу уповільнить реакцію системи та вплине на ефективність обробки.
(2) Параметри петлі позиціонування: Налаштування коефіцієнта посилення петлі позиціонування та параметрів фільтра може покращити точність позиціонування та стабільність системи. Занадто високий коефіцієнт посилення петлі позиціонування спричинить коливання, а фільтр може відфільтрувати високочастотний шум у сигналі зворотного зв'язку та покращити стабільність системи.
Повністю замкнута сервосистема
Сервосистема із повністю замкнутим циклом забезпечує точне керування положенням шляхом безпосереднього визначення фактичного положення верстата. Під час налаштування сервосистеми із повністю замкнутим циклом параметри необхідно вибирати ретельніше, щоб забезпечити стабільність і точність системи.
Налаштування параметрів повністю замкнутої сервосистеми включає в себе головним чином такі аспекти:
(1) Коефіцієнт підсилення петлі позиціонування: Подібно до напівзамкнутої системи, занадто високий коефіцієнт підсилення петлі позиціонування призведе до коливань. Однак, оскільки повністю замкнута система виявляє помилки позиціонування точніше, коефіцієнт підсилення петлі позиціонування можна встановити відносно високим для покращення точності позиціонування системи.
(2) Параметри контуру швидкості: Налаштування коефіцієнта підсилення контуру швидкості та інтегральної постійної часу необхідно регулювати відповідно до динамічних характеристик та вимог до обробки верстата. Загалом, коефіцієнт підсилення контуру швидкості можна встановити трохи вище, ніж у напівзамкнутій системі, щоб покращити швидкість реакції системи.
(3) Параметри фільтра: Система із повністю замкнутим контуром чутливіша до шуму в сигналі зворотного зв'язку, тому необхідно встановити відповідні параметри фільтра для фільтрації шуму. Тип та вибір параметрів фільтра слід регулювати відповідно до конкретного сценарію застосування.
III. Використання функції придушення високих частот
Вищезазначене обговорення стосується методу оптимізації параметрів для низькочастотних коливань. Іноді система ЧПК верстатів з ЧПК генерує сигнали зворотного зв'язку, що містять високочастотні гармоніки, через певні причини коливань у механічній частині, що робить вихідний крутний момент непостійним і, таким чином, генерує вібрацію. Для цієї ситуації високочастотних коливань до петлі швидкості можна додати низькочастотну фільтруючу ланку першого порядку, яка є фільтром крутного моменту.
Фільтр крутного моменту може ефективно фільтрувати високочастотні гармоніки в сигналі зворотного зв'язку, роблячи вихідний крутний момент стабільнішим і таким чином зменшуючи вібрацію. Під час вибору параметрів фільтра крутного моменту необхідно враховувати такі фактори:
(1) Частота зрізу: Частота зрізу визначає ступінь ослаблення фільтра високочастотних сигналів. Занадто низька частота зрізу вплине на швидкість відгуку системи, тоді як занадто висока частота зрізу не зможе ефективно відфільтрувати високочастотні гармоніки.
(2) Тип фільтра: До поширених типів фільтрів належать фільтр Баттерворта, фільтр Чебишева тощо. Різні типи фільтрів мають різні характеристики частотної характеристики та потребують вибору відповідно до конкретного сценарію застосування.
(3) Порядок фільтрації: Чим вищий порядок фільтрації, тим кращий ефект ослаблення високочастотних сигналів, але водночас це також збільшить обчислювальне навантаження на систему. Вибираючи порядок фільтрації, необхідно комплексно враховувати продуктивність та обчислювальні ресурси системи.
Вищезазначене обговорення стосується методу оптимізації параметрів для низькочастотних коливань. Іноді система ЧПК верстатів з ЧПК генерує сигнали зворотного зв'язку, що містять високочастотні гармоніки, через певні причини коливань у механічній частині, що робить вихідний крутний момент непостійним і, таким чином, генерує вібрацію. Для цієї ситуації високочастотних коливань до петлі швидкості можна додати низькочастотну фільтруючу ланку першого порядку, яка є фільтром крутного моменту.
Фільтр крутного моменту може ефективно фільтрувати високочастотні гармоніки в сигналі зворотного зв'язку, роблячи вихідний крутний момент стабільнішим і таким чином зменшуючи вібрацію. Під час вибору параметрів фільтра крутного моменту необхідно враховувати такі фактори:
(1) Частота зрізу: Частота зрізу визначає ступінь ослаблення фільтра високочастотних сигналів. Занадто низька частота зрізу вплине на швидкість відгуку системи, тоді як занадто висока частота зрізу не зможе ефективно відфільтрувати високочастотні гармоніки.
(2) Тип фільтра: До поширених типів фільтрів належать фільтр Баттерворта, фільтр Чебишева тощо. Різні типи фільтрів мають різні характеристики частотної характеристики та потребують вибору відповідно до конкретного сценарію застосування.
(3) Порядок фільтрації: Чим вищий порядок фільтрації, тим кращий ефект ослаблення високочастотних сигналів, але водночас це також збільшить обчислювальне навантаження на систему. Вибираючи порядок фільтрації, необхідно комплексно враховувати продуктивність та обчислювальні ресурси системи.
Крім того, для подальшого усунення коливань верстатів з ЧПК можна також вжити таких заходів:
Оптимізація механічної структури
Перевірте механічні частини верстата, такі як напрямні рейки, ходові гвинти, підшипники тощо, щоб переконатися, що їхня точність встановлення та зазор посадки відповідають вимогам. Сильно зношені деталі слід своєчасно замінити або відремонтувати. Водночас, належним чином відрегулюйте противагу та баланс верстата, щоб зменшити виникнення механічної вібрації.
Покращення здатності системи керування захищати від перешкод
Система керування верстатами з ЧПК легко піддається впливу зовнішніх перешкод, таких як електромагнітні перешкоди, коливання потужності тощо. Для покращення стійкості системи керування до перешкод можна вжити таких заходів:
(1) Використовуйте екрановані кабелі та заземлювальні засоби для зменшення впливу електромагнітних перешкод.
(2) Встановіть фільтри живлення для стабілізації напруги живлення.
(3) Оптимізувати програмний алгоритм системи керування для покращення її захисту від перешкод.
Регулярне технічне обслуговування та ремонт
Регулярно виконуйте технічне обслуговування та ремонт верстатів з ЧПК, очищайте різні частини верстата, перевіряйте робочі умови системи змащення та охолодження, а також своєчасно замінюйте зношені деталі та мастило. Це може забезпечити стабільну роботу верстата та зменшити виникнення коливань.
Оптимізація механічної структури
Перевірте механічні частини верстата, такі як напрямні рейки, ходові гвинти, підшипники тощо, щоб переконатися, що їхня точність встановлення та зазор посадки відповідають вимогам. Сильно зношені деталі слід своєчасно замінити або відремонтувати. Водночас, належним чином відрегулюйте противагу та баланс верстата, щоб зменшити виникнення механічної вібрації.
Покращення здатності системи керування захищати від перешкод
Система керування верстатами з ЧПК легко піддається впливу зовнішніх перешкод, таких як електромагнітні перешкоди, коливання потужності тощо. Для покращення стійкості системи керування до перешкод можна вжити таких заходів:
(1) Використовуйте екрановані кабелі та заземлювальні засоби для зменшення впливу електромагнітних перешкод.
(2) Встановіть фільтри живлення для стабілізації напруги живлення.
(3) Оптимізувати програмний алгоритм системи керування для покращення її захисту від перешкод.
Регулярне технічне обслуговування та ремонт
Регулярно виконуйте технічне обслуговування та ремонт верстатів з ЧПК, очищайте різні частини верстата, перевіряйте робочі умови системи змащення та охолодження, а також своєчасно замінюйте зношені деталі та мастило. Це може забезпечити стабільну роботу верстата та зменшити виникнення коливань.
На завершення, усунення коливань верстатів з ЧПК вимагає всебічного врахування механічних та електричних факторів. Завдяки розумному налаштуванню параметрів сервосистеми, застосуванню функції придушення високих частот, оптимізації механічної структури, покращенню здатності системи керування до перешкод, а також регулярному технічному обслуговуванню та ремонту, можна ефективно зменшити виникнення коливань, а також підвищити точність обробки та стабільність верстата.