CNC staklių virpesių pašalinimo metodai》
CNC staklės atlieka svarbų vaidmenį šiuolaikinėje pramoninėje gamyboje. Tačiau virpesių problema dažnai kamuoja operatorius ir gamintojus. CNC staklių virpesių priežastys yra gana sudėtingos. Be daugelio veiksnių, tokių kaip nepašalinami perdavimo tarpai, elastinė deformacija ir trinties pasipriešinimas mechaniniame aspekte, svarbus aspektas yra ir atitinkamų servo sistemos parametrų įtaka. Dabar CNC staklių gamintojas išsamiai pristatys CNC staklių virpesių pašalinimo metodus.
I. Padėties kilpos stiprinimo mažinimas
Proporcinio integralinio išvestinio valdiklis yra daugiafunkcis valdiklis, atliekantis labai svarbų vaidmenį CNC staklėse. Jis gali ne tik efektyviai atlikti proporcinį srovės ir įtampos signalų stiprinimą, bet ir koreguoti išėjimo signalo atsilikimo arba aplenkimo problemą. Dėl išėjimo srovės ir įtampos atsilikimo arba aplenkimo kartais atsiranda svyravimų trikdžių. Šiuo atveju PID gali būti naudojamas išėjimo srovės ir įtampos fazei reguliuoti.
Padėties ciklo stiprinimo koeficientas yra pagrindinis CNC staklių valdymo sistemos parametras. Kai padėties ciklo stiprinimo koeficientas yra per didelis, sistema yra pernelyg jautri padėties paklaidoms ir linkusi sukelti virpesius. Padėties ciklo stiprinimo koeficiento sumažinimas gali sumažinti sistemos atsako greitį ir taip sumažinti virpesių tikimybę.
Reguliuojant padėties kilpos stiprinimą, jį reikia pagrįstai nustatyti pagal konkretų staklės modelį ir apdorojimo reikalavimus. Paprastai padėties kilpos stiprinimą pirmiausia galima sumažinti iki santykinai žemo lygio, o tada palaipsniui didinti stebint staklės veikimą, kol bus nustatyta optimali vertė, kuri atitiks apdorojimo tikslumo reikalavimus ir išvengs virpesių.
Proporcinio integralinio išvestinio valdiklis yra daugiafunkcis valdiklis, atliekantis labai svarbų vaidmenį CNC staklėse. Jis gali ne tik efektyviai atlikti proporcinį srovės ir įtampos signalų stiprinimą, bet ir koreguoti išėjimo signalo atsilikimo arba aplenkimo problemą. Dėl išėjimo srovės ir įtampos atsilikimo arba aplenkimo kartais atsiranda svyravimų trikdžių. Šiuo atveju PID gali būti naudojamas išėjimo srovės ir įtampos fazei reguliuoti.
Padėties ciklo stiprinimo koeficientas yra pagrindinis CNC staklių valdymo sistemos parametras. Kai padėties ciklo stiprinimo koeficientas yra per didelis, sistema yra pernelyg jautri padėties paklaidoms ir linkusi sukelti virpesius. Padėties ciklo stiprinimo koeficiento sumažinimas gali sumažinti sistemos atsako greitį ir taip sumažinti virpesių tikimybę.
Reguliuojant padėties kilpos stiprinimą, jį reikia pagrįstai nustatyti pagal konkretų staklės modelį ir apdorojimo reikalavimus. Paprastai padėties kilpos stiprinimą pirmiausia galima sumažinti iki santykinai žemo lygio, o tada palaipsniui didinti stebint staklės veikimą, kol bus nustatyta optimali vertė, kuri atitiks apdorojimo tikslumo reikalavimus ir išvengs virpesių.
II. Uždaros kilpos servo sistemos parametrų reguliavimas
Pusiau uždaros kilpos servo sistema
Kai kuriose CNC servo sistemose naudojami pusiau uždaros grandinės įtaisai. Reguliuojant pusiau uždaros grandinės servo sistemą, būtina užtikrinti, kad vietinė pusiau uždaros grandinės sistema nesvyruotų. Kadangi visiškai uždaros grandinės servo sistema atlieka parametrų reguliavimą remdamasi prielaida, kad jos vietinė pusiau uždaros grandinės sistema yra stabili, abi reguliavimo metodai yra panašūs.
Pusiau uždaros kilpos servo sistema netiesiogiai perduoda staklių padėties informaciją, nustatydama variklio sukimosi kampą arba greitį. Reguliuojant parametrus, reikia atkreipti dėmesį į šiuos aspektus:
(1) Greičio kilpos parametrai: Greičio kilpos stiprinimo ir integravimo laiko konstantos nustatymai daro didelę įtaką sistemos stabilumui ir atsako greičiui. Per didelis greičio kilpos stiprinimas sukels per greitą sistemos atsaką ir yra linkęs generuoti svyravimus; o per ilga integravimo laiko konstanta sulėtins sistemos atsaką ir paveiks apdorojimo efektyvumą.
(2) Padėties kilpos parametrai: Padėties kilpos stiprinimo ir filtro parametrų reguliavimas gali pagerinti sistemos padėties tikslumą ir stabilumą. Per didelis padėties kilpos stiprinimas sukels virpesius, o filtras gali pašalinti aukšto dažnio triukšmą grįžtamojo ryšio signale ir pagerinti sistemos stabilumą.
Uždaros kilpos servo sistema
Uždaros kilpos servo sistema tiksliai kontroliuoja padėtį tiesiogiai nustatydama faktinę staklės padėtį. Reguliuojant uždaros kilpos servo sistemą, reikia atidžiau pasirinkti parametrus, kad būtų užtikrintas sistemos stabilumas ir tikslumas.
Visiškai uždaros kilpos servo sistemos parametrų reguliavimas daugiausia apima šiuos aspektus:
(1) Padėties kilpos stiprinimas: panašiai kaip ir pusiau uždaros kilpos sistemoje, per didelis padėties kilpos stiprinimas sukels svyravimus. Tačiau kadangi visiškai uždaros kilpos sistema tiksliau aptinka padėties paklaidas, padėties kilpos stiprinimą galima nustatyti gana didelį, kad būtų pagerintas sistemos padėties tikslumas.
(2) Greičio ciklo parametrai: Greičio ciklo stiprinimo ir integravimo laiko konstantos nustatymus reikia koreguoti atsižvelgiant į staklių dinamines charakteristikas ir apdorojimo reikalavimus. Apskritai, greičio ciklo stiprinimą galima nustatyti šiek tiek didesnį nei pusiau uždaros kilpos sistemoje, kad būtų pagerintas sistemos atsako greitis.
(3) Filtro parametrai: Uždaro ciklo sistema yra jautresnė grįžtamojo ryšio signalo triukšmui, todėl reikia nustatyti tinkamus filtro parametrus, kad būtų pašalintas triukšmas. Filtro tipas ir parametrų pasirinkimas turėtų būti koreguojami atsižvelgiant į konkretų taikymo scenarijų.
Pusiau uždaros kilpos servo sistema
Kai kuriose CNC servo sistemose naudojami pusiau uždaros grandinės įtaisai. Reguliuojant pusiau uždaros grandinės servo sistemą, būtina užtikrinti, kad vietinė pusiau uždaros grandinės sistema nesvyruotų. Kadangi visiškai uždaros grandinės servo sistema atlieka parametrų reguliavimą remdamasi prielaida, kad jos vietinė pusiau uždaros grandinės sistema yra stabili, abi reguliavimo metodai yra panašūs.
Pusiau uždaros kilpos servo sistema netiesiogiai perduoda staklių padėties informaciją, nustatydama variklio sukimosi kampą arba greitį. Reguliuojant parametrus, reikia atkreipti dėmesį į šiuos aspektus:
(1) Greičio kilpos parametrai: Greičio kilpos stiprinimo ir integravimo laiko konstantos nustatymai daro didelę įtaką sistemos stabilumui ir atsako greičiui. Per didelis greičio kilpos stiprinimas sukels per greitą sistemos atsaką ir yra linkęs generuoti svyravimus; o per ilga integravimo laiko konstanta sulėtins sistemos atsaką ir paveiks apdorojimo efektyvumą.
(2) Padėties kilpos parametrai: Padėties kilpos stiprinimo ir filtro parametrų reguliavimas gali pagerinti sistemos padėties tikslumą ir stabilumą. Per didelis padėties kilpos stiprinimas sukels virpesius, o filtras gali pašalinti aukšto dažnio triukšmą grįžtamojo ryšio signale ir pagerinti sistemos stabilumą.
Uždaros kilpos servo sistema
Uždaros kilpos servo sistema tiksliai kontroliuoja padėtį tiesiogiai nustatydama faktinę staklės padėtį. Reguliuojant uždaros kilpos servo sistemą, reikia atidžiau pasirinkti parametrus, kad būtų užtikrintas sistemos stabilumas ir tikslumas.
Visiškai uždaros kilpos servo sistemos parametrų reguliavimas daugiausia apima šiuos aspektus:
(1) Padėties kilpos stiprinimas: panašiai kaip ir pusiau uždaros kilpos sistemoje, per didelis padėties kilpos stiprinimas sukels svyravimus. Tačiau kadangi visiškai uždaros kilpos sistema tiksliau aptinka padėties paklaidas, padėties kilpos stiprinimą galima nustatyti gana didelį, kad būtų pagerintas sistemos padėties tikslumas.
(2) Greičio ciklo parametrai: Greičio ciklo stiprinimo ir integravimo laiko konstantos nustatymus reikia koreguoti atsižvelgiant į staklių dinamines charakteristikas ir apdorojimo reikalavimus. Apskritai, greičio ciklo stiprinimą galima nustatyti šiek tiek didesnį nei pusiau uždaros kilpos sistemoje, kad būtų pagerintas sistemos atsako greitis.
(3) Filtro parametrai: Uždaro ciklo sistema yra jautresnė grįžtamojo ryšio signalo triukšmui, todėl reikia nustatyti tinkamus filtro parametrus, kad būtų pašalintas triukšmas. Filtro tipas ir parametrų pasirinkimas turėtų būti koreguojami atsižvelgiant į konkretų taikymo scenarijų.
III. Aukšto dažnio slopinimo funkcijos taikymas
Aukščiau aptartas žemo dažnio virpesių parametrų optimizavimo metodas. Kartais CNC staklių CNC sistema dėl tam tikrų mechaninės dalies virpesių priežasčių generuoja grįžtamojo ryšio signalus, kuriuose yra aukšto dažnio harmonikų, dėl kurių išėjimo sukimo momentas nėra pastovus ir atsiranda vibracija. Esant tokiai aukšto dažnio virpesių situacijai, prie greičio kilpos galima pridėti pirmos eilės žemo dažnio filtravimo jungtį – sukimo momento filtrą.
Sukimo momento filtras gali efektyviai išfiltruoti aukšto dažnio harmonikas grįžtamojo ryšio signale, todėl išėjimo sukimo momentas tampa stabilesnis ir taip sumažėja vibracija. Renkantis sukimo momento filtro parametrus, reikia atsižvelgti į šiuos veiksnius:
(1) Ribinis dažnis: Ribinis dažnis lemia filtro slopinimo laipsnį aukšto dažnio signalams. Per mažas ribinis dažnis turės įtakos sistemos atsako greičiui, o per didelis ribinis dažnis negalės efektyviai išfiltruoti aukšto dažnio harmonikų.
(2) Filtro tipas: Įprasti filtrų tipai yra Butterworth filtras, Chebyshev filtras ir kt. Skirtingų tipų filtrai turi skirtingas dažnio atsako charakteristikas ir juos reikia pasirinkti atsižvelgiant į konkretų taikymo scenarijų.
(3) Filtro eilė: kuo didesnė filtro eilė, tuo geresnis aukšto dažnio signalų slopinimo efektas, tačiau tuo pačiu metu tai padidins sistemos skaičiavimo našumą. Renkantis filtro eilę, reikia visapusiškai atsižvelgti į sistemos našumą ir skaičiavimo išteklius.
Aukščiau aptartas žemo dažnio virpesių parametrų optimizavimo metodas. Kartais CNC staklių CNC sistema dėl tam tikrų mechaninės dalies virpesių priežasčių generuoja grįžtamojo ryšio signalus, kuriuose yra aukšto dažnio harmonikų, dėl kurių išėjimo sukimo momentas nėra pastovus ir atsiranda vibracija. Esant tokiai aukšto dažnio virpesių situacijai, prie greičio kilpos galima pridėti pirmos eilės žemo dažnio filtravimo jungtį – sukimo momento filtrą.
Sukimo momento filtras gali efektyviai išfiltruoti aukšto dažnio harmonikas grįžtamojo ryšio signale, todėl išėjimo sukimo momentas tampa stabilesnis ir taip sumažėja vibracija. Renkantis sukimo momento filtro parametrus, reikia atsižvelgti į šiuos veiksnius:
(1) Ribinis dažnis: Ribinis dažnis lemia filtro slopinimo laipsnį aukšto dažnio signalams. Per mažas ribinis dažnis turės įtakos sistemos atsako greičiui, o per didelis ribinis dažnis negalės efektyviai išfiltruoti aukšto dažnio harmonikų.
(2) Filtro tipas: Įprasti filtrų tipai yra Butterworth filtras, Chebyshev filtras ir kt. Skirtingų tipų filtrai turi skirtingas dažnio atsako charakteristikas ir juos reikia pasirinkti atsižvelgiant į konkretų taikymo scenarijų.
(3) Filtro eilė: kuo didesnė filtro eilė, tuo geresnis aukšto dažnio signalų slopinimo efektas, tačiau tuo pačiu metu tai padidins sistemos skaičiavimo našumą. Renkantis filtro eilę, reikia visapusiškai atsižvelgti į sistemos našumą ir skaičiavimo išteklius.
Be to, siekiant dar labiau pašalinti CNC staklių virpesius, galima imtis ir šių priemonių:
Optimizuokite mechaninę struktūrą
Patikrinkite mechanines staklės dalis, tokias kaip kreipiančiosios, švino varžtai, guoliai ir kt., kad įsitikintumėte, jog jų montavimo tikslumas ir tinkamumo tarpas atitinka reikalavimus. Labai susidėvėjusias dalis laiku pakeiskite arba suremontuokite. Tuo pačiu metu pagrįstai sureguliuokite staklės atsvarą ir balansą, kad sumažintumėte mechaninės vibracijos susidarymą.
Pagerinkite valdymo sistemos atsparumą trukdžiams
CNC staklių valdymo sistemą lengvai veikia išoriniai trukdžiai, pvz., elektromagnetiniai trukdžiai, galios svyravimai ir kt. Siekiant pagerinti valdymo sistemos atsparumą trukdžiams, galima imtis šių priemonių:
(1) Naudokite ekranuotus kabelius ir įžeminimo priemones, kad sumažintumėte elektromagnetinių trukdžių įtaką.
(2) Įrenkite maitinimo filtrus, kad stabilizuotumėte maitinimo įtampą.
(3) Optimizuoti valdymo sistemos programinės įrangos algoritmą, siekiant pagerinti sistemos atsparumą trukdžiams.
Reguliarus remontas ir priežiūra
Reguliariai atlikite CNC staklių techninę priežiūrą ir remontą, valykite įvairias staklių dalis, patikrinkite tepimo ir aušinimo sistemų veikimo sąlygas ir laiku keiskite susidėvėjusias dalis bei tepimo alyvą. Tai gali užtikrinti stabilų staklių veikimą ir sumažinti virpesių atsiradimą.
Optimizuokite mechaninę struktūrą
Patikrinkite mechanines staklės dalis, tokias kaip kreipiančiosios, švino varžtai, guoliai ir kt., kad įsitikintumėte, jog jų montavimo tikslumas ir tinkamumo tarpas atitinka reikalavimus. Labai susidėvėjusias dalis laiku pakeiskite arba suremontuokite. Tuo pačiu metu pagrįstai sureguliuokite staklės atsvarą ir balansą, kad sumažintumėte mechaninės vibracijos susidarymą.
Pagerinkite valdymo sistemos atsparumą trukdžiams
CNC staklių valdymo sistemą lengvai veikia išoriniai trukdžiai, pvz., elektromagnetiniai trukdžiai, galios svyravimai ir kt. Siekiant pagerinti valdymo sistemos atsparumą trukdžiams, galima imtis šių priemonių:
(1) Naudokite ekranuotus kabelius ir įžeminimo priemones, kad sumažintumėte elektromagnetinių trukdžių įtaką.
(2) Įrenkite maitinimo filtrus, kad stabilizuotumėte maitinimo įtampą.
(3) Optimizuoti valdymo sistemos programinės įrangos algoritmą, siekiant pagerinti sistemos atsparumą trukdžiams.
Reguliarus remontas ir priežiūra
Reguliariai atlikite CNC staklių techninę priežiūrą ir remontą, valykite įvairias staklių dalis, patikrinkite tepimo ir aušinimo sistemų veikimo sąlygas ir laiku keiskite susidėvėjusias dalis bei tepimo alyvą. Tai gali užtikrinti stabilų staklių veikimą ir sumažinti virpesių atsiradimą.
Apibendrinant galima teigti, kad norint pašalinti CNC staklių virpesius, reikia visapusiškai atsižvelgti į mechaninius ir elektrinius veiksnius. Protingai koreguojant servo sistemos parametrus, įdiegiant aukšto dažnio slopinimo funkciją, optimizuojant mechaninę konstrukciją, gerinant valdymo sistemos atsparumą trukdžiams ir atliekant reguliarią techninę priežiūrą bei remontą, galima veiksmingai sumažinti virpesių atsiradimą ir pagerinti staklių apdirbimo tikslumą bei stabilumą.