《Methoden voor het elimineren van oscillatie van CNC-bewerkingsmachines》
CNC-bewerkingsmachines spelen een belangrijke rol in de moderne industriële productie. Het oscillatieprobleem vormt echter vaak een plaag voor operators en fabrikanten. De oorzaken van oscillatie bij CNC-bewerkingsmachines zijn relatief complex. Naast vele factoren, zoals niet-verwijderbare transmissiespleten, elastische vervorming en wrijvingsweerstand op mechanisch vlak, speelt ook de invloed van relevante parameters van het servosysteem een belangrijke rol. Fabrikanten van CNC-bewerkingsmachines zullen nu in detail de methoden introduceren om oscillatie bij CNC-bewerkingsmachines te elimineren.
I. De versterking van de positielus verminderen
De proportioneel-integraal-afgeleide regelaar is een multifunctionele regelaar die een cruciale rol speelt in CNC-bewerkingsmachines. Hij kan niet alleen effectief proportionele versterking op stroom- en spanningssignalen uitvoeren, maar ook het naijlen of voorijlen van het uitgangssignaal corrigeren. Oscillatiefouten kunnen soms optreden als gevolg van het naijlen of voorijlen van de uitgangsstroom en -spanning. De PID kan dan worden gebruikt om de fase van de uitgangsstroom en -spanning aan te passen.
De versterking van de positielus is een belangrijke parameter in het besturingssysteem van CNC-bewerkingsmachines. Wanneer de versterking van de positielus te hoog is, is het systeem overgevoelig voor positiefouten en kan het oscillatie veroorzaken. Het verlagen van de versterking van de positielus kan de reactiesnelheid van het systeem verlagen en daarmee de kans op oscillatie verkleinen.
Bij het aanpassen van de versterking van de positielus moet deze redelijkerwijs worden ingesteld op basis van het specifieke model van de machine en de verwerkingsvereisten. Over het algemeen kan de versterking van de positielus eerst worden verlaagd tot een relatief laag niveau en vervolgens geleidelijk worden verhoogd, terwijl de werking van de machine wordt geobserveerd, totdat een optimale waarde is gevonden die voldoet aan de vereisten voor verwerkingsnauwkeurigheid en oscillatie voorkomt.
De proportioneel-integraal-afgeleide regelaar is een multifunctionele regelaar die een cruciale rol speelt in CNC-bewerkingsmachines. Hij kan niet alleen effectief proportionele versterking op stroom- en spanningssignalen uitvoeren, maar ook het naijlen of voorijlen van het uitgangssignaal corrigeren. Oscillatiefouten kunnen soms optreden als gevolg van het naijlen of voorijlen van de uitgangsstroom en -spanning. De PID kan dan worden gebruikt om de fase van de uitgangsstroom en -spanning aan te passen.
De versterking van de positielus is een belangrijke parameter in het besturingssysteem van CNC-bewerkingsmachines. Wanneer de versterking van de positielus te hoog is, is het systeem overgevoelig voor positiefouten en kan het oscillatie veroorzaken. Het verlagen van de versterking van de positielus kan de reactiesnelheid van het systeem verlagen en daarmee de kans op oscillatie verkleinen.
Bij het aanpassen van de versterking van de positielus moet deze redelijkerwijs worden ingesteld op basis van het specifieke model van de machine en de verwerkingsvereisten. Over het algemeen kan de versterking van de positielus eerst worden verlaagd tot een relatief laag niveau en vervolgens geleidelijk worden verhoogd, terwijl de werking van de machine wordt geobserveerd, totdat een optimale waarde is gevonden die voldoet aan de vereisten voor verwerkingsnauwkeurigheid en oscillatie voorkomt.
II. Parameteraanpassing van het gesloten-lus servosysteem
Semi-gesloten-lus servosysteem
Sommige CNC-servosystemen maken gebruik van semi-gesloten lus-systemen. Bij het afstellen van het semi-gesloten lus-servosysteem is het noodzakelijk om ervoor te zorgen dat het lokale semi-gesloten lus-systeem niet oscilleert. Omdat het volledig gesloten lus-servosysteem parameteraanpassing uitvoert op basis van de veronderstelling dat het lokale semi-gesloten lus-systeem stabiel is, zijn de twee qua afstelmethoden vergelijkbaar.
Het semi-gesloten servosysteem koppelt de positie-informatie van de machine indirect terug door de rotatiehoek of snelheid van de motor te detecteren. Bij het aanpassen van parameters moet op de volgende aspecten worden gelet:
(1) Snelheidslusparameters: De instellingen van de snelheidslusversterking en de integrale tijdconstante hebben een grote invloed op de stabiliteit en reactiesnelheid van het systeem. Een te hoge snelheidslusversterking leidt tot een te snelle systeemrespons en is gevoelig voor oscillatie; een te lange integrale tijdconstante vertraagt de systeemrespons en beïnvloedt de verwerkingsefficiëntie.
(2) Positielusparameters: Het aanpassen van de versterking en filterparameters van de positielus kan de positienauwkeurigheid en stabiliteit van het systeem verbeteren. Een te hoge versterking van de positielus veroorzaakt oscillatie, en het filter kan hoogfrequente ruis in het feedbacksignaal wegfilteren en de stabiliteit van het systeem verbeteren.
Volledig gesloten-lus servosysteem
Het volledig gesloten servosysteem realiseert nauwkeurige positieregeling door de werkelijke positie van de machine direct te detecteren. Bij het afstellen van het volledig gesloten servosysteem moeten parameters zorgvuldiger worden geselecteerd om de stabiliteit en nauwkeurigheid van het systeem te garanderen.
De parameterinstelling van het volledig gesloten-lus servosysteem omvat hoofdzakelijk de volgende aspecten:
(1) Positielusversterking: Net als bij een semi-gesloten lus leidt een te hoge positielusversterking tot oscillatie. Omdat een volledig gesloten lussysteem echter nauwkeuriger positiefouten detecteert, kan de positielusversterking relatief hoog worden ingesteld om de positienauwkeurigheid van het systeem te verbeteren.
(2) Snelheidslusparameters: De instellingen van de snelheidslusversterking en de integrale tijdconstante moeten worden aangepast aan de dynamische eigenschappen en verwerkingsvereisten van de machine. Over het algemeen kan de snelheidslusversterking iets hoger worden ingesteld dan die van het semi-gesloten-lussysteem om de reactiesnelheid van het systeem te verbeteren.
(3) Filterparameters: Een volledig gesloten-lussysteem is gevoeliger voor ruis in het feedbacksignaal, dus moeten geschikte filterparameters worden ingesteld om ruis weg te filteren. Het type en de parameterselectie van het filter moeten worden aangepast aan het specifieke toepassingsscenario.
Semi-gesloten-lus servosysteem
Sommige CNC-servosystemen maken gebruik van semi-gesloten lus-systemen. Bij het afstellen van het semi-gesloten lus-servosysteem is het noodzakelijk om ervoor te zorgen dat het lokale semi-gesloten lus-systeem niet oscilleert. Omdat het volledig gesloten lus-servosysteem parameteraanpassing uitvoert op basis van de veronderstelling dat het lokale semi-gesloten lus-systeem stabiel is, zijn de twee qua afstelmethoden vergelijkbaar.
Het semi-gesloten servosysteem koppelt de positie-informatie van de machine indirect terug door de rotatiehoek of snelheid van de motor te detecteren. Bij het aanpassen van parameters moet op de volgende aspecten worden gelet:
(1) Snelheidslusparameters: De instellingen van de snelheidslusversterking en de integrale tijdconstante hebben een grote invloed op de stabiliteit en reactiesnelheid van het systeem. Een te hoge snelheidslusversterking leidt tot een te snelle systeemrespons en is gevoelig voor oscillatie; een te lange integrale tijdconstante vertraagt de systeemrespons en beïnvloedt de verwerkingsefficiëntie.
(2) Positielusparameters: Het aanpassen van de versterking en filterparameters van de positielus kan de positienauwkeurigheid en stabiliteit van het systeem verbeteren. Een te hoge versterking van de positielus veroorzaakt oscillatie, en het filter kan hoogfrequente ruis in het feedbacksignaal wegfilteren en de stabiliteit van het systeem verbeteren.
Volledig gesloten-lus servosysteem
Het volledig gesloten servosysteem realiseert nauwkeurige positieregeling door de werkelijke positie van de machine direct te detecteren. Bij het afstellen van het volledig gesloten servosysteem moeten parameters zorgvuldiger worden geselecteerd om de stabiliteit en nauwkeurigheid van het systeem te garanderen.
De parameterinstelling van het volledig gesloten-lus servosysteem omvat hoofdzakelijk de volgende aspecten:
(1) Positielusversterking: Net als bij een semi-gesloten lus leidt een te hoge positielusversterking tot oscillatie. Omdat een volledig gesloten lussysteem echter nauwkeuriger positiefouten detecteert, kan de positielusversterking relatief hoog worden ingesteld om de positienauwkeurigheid van het systeem te verbeteren.
(2) Snelheidslusparameters: De instellingen van de snelheidslusversterking en de integrale tijdconstante moeten worden aangepast aan de dynamische eigenschappen en verwerkingsvereisten van de machine. Over het algemeen kan de snelheidslusversterking iets hoger worden ingesteld dan die van het semi-gesloten-lussysteem om de reactiesnelheid van het systeem te verbeteren.
(3) Filterparameters: Een volledig gesloten-lussysteem is gevoeliger voor ruis in het feedbacksignaal, dus moeten geschikte filterparameters worden ingesteld om ruis weg te filteren. Het type en de parameterselectie van het filter moeten worden aangepast aan het specifieke toepassingsscenario.
III. Het toepassen van een hoogfrequente onderdrukkingsfunctie
De bovenstaande bespreking gaat over de parameteroptimalisatiemethode voor laagfrequente oscillatie. Soms genereert het CNC-systeem van CNC-bewerkingsmachines feedbacksignalen met hoogfrequente harmonischen vanwege bepaalde oscillatieredenen in het mechanische onderdeel, waardoor het uitgangskoppel niet constant is en dus trillingen genereert. Voor deze hoogfrequente oscillatiesituatie kan een eerste-orde laagdoorlaatfilter worden toegevoegd aan de snelheidslus, namelijk het koppelfilter.
Het koppelfilter kan hoogfrequente harmonischen in het feedbacksignaal effectief filteren, waardoor het uitgangskoppel stabieler wordt en trillingen worden verminderd. Bij het selecteren van de parameters van het koppelfilter moeten de volgende factoren in overweging worden genomen:
(1) Afsnijfrequentie: De afsnijfrequentie bepaalt de mate van demping van het filter voor hoogfrequente signalen. Een te lage afsnijfrequentie beïnvloedt de reactiesnelheid van het systeem, terwijl een te hoge afsnijfrequentie hoogfrequente harmonischen niet effectief kan filteren.
(2) Filtertype: Veelvoorkomende filtertypen zijn onder meer het Butterworth-filter, het Tsjebysjev-filter, enz. Verschillende soorten filters hebben verschillende frequentieresponskarakteristieken en moeten worden geselecteerd op basis van het specifieke toepassingsscenario.
(3) Filtervolgorde: Hoe hoger de filtervolgorde, hoe beter het dempingseffect op hoogfrequente signalen, maar tegelijkertijd zal dit ook de rekenlast van het systeem verhogen. Bij het selecteren van de filtervolgorde moeten de prestaties en rekenkracht van het systeem uitgebreid in overweging worden genomen.
De bovenstaande bespreking gaat over de parameteroptimalisatiemethode voor laagfrequente oscillatie. Soms genereert het CNC-systeem van CNC-bewerkingsmachines feedbacksignalen met hoogfrequente harmonischen vanwege bepaalde oscillatieredenen in het mechanische onderdeel, waardoor het uitgangskoppel niet constant is en dus trillingen genereert. Voor deze hoogfrequente oscillatiesituatie kan een eerste-orde laagdoorlaatfilter worden toegevoegd aan de snelheidslus, namelijk het koppelfilter.
Het koppelfilter kan hoogfrequente harmonischen in het feedbacksignaal effectief filteren, waardoor het uitgangskoppel stabieler wordt en trillingen worden verminderd. Bij het selecteren van de parameters van het koppelfilter moeten de volgende factoren in overweging worden genomen:
(1) Afsnijfrequentie: De afsnijfrequentie bepaalt de mate van demping van het filter voor hoogfrequente signalen. Een te lage afsnijfrequentie beïnvloedt de reactiesnelheid van het systeem, terwijl een te hoge afsnijfrequentie hoogfrequente harmonischen niet effectief kan filteren.
(2) Filtertype: Veelvoorkomende filtertypen zijn onder meer het Butterworth-filter, het Tsjebysjev-filter, enz. Verschillende soorten filters hebben verschillende frequentieresponskarakteristieken en moeten worden geselecteerd op basis van het specifieke toepassingsscenario.
(3) Filtervolgorde: Hoe hoger de filtervolgorde, hoe beter het dempingseffect op hoogfrequente signalen, maar tegelijkertijd zal dit ook de rekenlast van het systeem verhogen. Bij het selecteren van de filtervolgorde moeten de prestaties en rekenkracht van het systeem uitgebreid in overweging worden genomen.
Om de oscillatie van CNC-bewerkingsmachines verder te elimineren, kunnen daarnaast de volgende maatregelen worden genomen:
Optimaliseer de mechanische structuur
Controleer de mechanische onderdelen van de machine, zoals geleiderails, leidspindels, lagers, enz., om er zeker van te zijn dat de installatienauwkeurigheid en de speling aan de eisen voldoen. Vervang of repareer onderdelen die ernstig versleten zijn tijdig. Pas tegelijkertijd het contragewicht en de balans van de machine aan om mechanische trillingen te verminderen.
Verbeter het anti-interferentievermogen van het besturingssysteem
Het besturingssysteem van CNC-bewerkingsmachines wordt gemakkelijk beïnvloed door externe interferentie, zoals elektromagnetische interferentie, stroomschommelingen, enz. Om het anti-interferentievermogen van het besturingssysteem te verbeteren, kunnen de volgende maatregelen worden genomen:
(1) Pas afgeschermde kabels en aardingsmaatregelen toe om de invloed van elektromagnetische interferentie te verminderen.
(2) Installeer vermogensfilters om de voedingsspanning te stabiliseren.
(3) Optimaliseer het softwarealgoritme van het besturingssysteem om de anti-interferentieprestaties van het systeem te verbeteren.
Regelmatig onderhoud en verzorging
Voer regelmatig onderhoud en reparaties uit aan CNC-bewerkingsmachines, reinig diverse onderdelen van de machine, controleer de werking van het smeersysteem en koelsysteem en vervang versleten onderdelen en smeerolie tijdig. Dit kan stabiele prestaties van de machine garanderen en trillingen verminderen.
Optimaliseer de mechanische structuur
Controleer de mechanische onderdelen van de machine, zoals geleiderails, leidspindels, lagers, enz., om er zeker van te zijn dat de installatienauwkeurigheid en de speling aan de eisen voldoen. Vervang of repareer onderdelen die ernstig versleten zijn tijdig. Pas tegelijkertijd het contragewicht en de balans van de machine aan om mechanische trillingen te verminderen.
Verbeter het anti-interferentievermogen van het besturingssysteem
Het besturingssysteem van CNC-bewerkingsmachines wordt gemakkelijk beïnvloed door externe interferentie, zoals elektromagnetische interferentie, stroomschommelingen, enz. Om het anti-interferentievermogen van het besturingssysteem te verbeteren, kunnen de volgende maatregelen worden genomen:
(1) Pas afgeschermde kabels en aardingsmaatregelen toe om de invloed van elektromagnetische interferentie te verminderen.
(2) Installeer vermogensfilters om de voedingsspanning te stabiliseren.
(3) Optimaliseer het softwarealgoritme van het besturingssysteem om de anti-interferentieprestaties van het systeem te verbeteren.
Regelmatig onderhoud en verzorging
Voer regelmatig onderhoud en reparaties uit aan CNC-bewerkingsmachines, reinig diverse onderdelen van de machine, controleer de werking van het smeersysteem en koelsysteem en vervang versleten onderdelen en smeerolie tijdig. Dit kan stabiele prestaties van de machine garanderen en trillingen verminderen.
Concluderend vereist het elimineren van oscillatie van CNC-bewerkingsmachines een uitgebreide afweging van mechanische en elektrische factoren. Door de parameters van het servosysteem op een verstandige manier aan te passen, een hoogfrequente onderdrukkingsfunctie te implementeren, de mechanische structuur te optimaliseren, de anti-interferentiecapaciteit van het besturingssysteem te verbeteren en regelmatig onderhoud uit te voeren, kan oscillatie effectief worden verminderd en kunnen de bewerkingsnauwkeurigheid en stabiliteit van de bewerkingsmachine worden verbeterd.