Métodos para eliminar a oscilación das máquinas-ferramenta CNC
As máquinas-ferramenta CNC desempeñan un papel importante na produción industrial moderna. Non obstante, o problema da oscilación adoita afectar a operadores e fabricantes. As razóns da oscilación das máquinas-ferramenta CNC son relativamente complexas. Ademais de moitos factores como as fendas de transmisión inamovibles, a deformación elástica e a resistencia á fricción no aspecto mecánico, a influencia dos parámetros relevantes do sistema servo tamén é un aspecto importante. Agora, o fabricante de máquinas-ferramenta CNC presentará en detalle os métodos para eliminar a oscilación das máquinas-ferramenta CNC.
I. Redución da ganancia do bucle de posición
O controlador proporcional-integral-derivativo é un controlador multifuncional que desempeña un papel crucial nas máquinas-ferramenta CNC. Non só pode realizar eficazmente unha ganancia proporcional nos sinais de corrente e tensión, senón que tamén pode axustar o problema de atraso ou adianto do sinal de saída. Ás veces prodúcense fallos de oscilación debido ao atraso ou adianto da corrente e tensión de saída. Neste momento, o PID pódese usar para axustar a fase da corrente e tensión de saída.
A ganancia do bucle de posición é un parámetro clave no sistema de control das máquinas-ferramenta CNC. Cando a ganancia do bucle de posición é demasiado alta, o sistema é demasiado sensible aos erros de posición e é propenso a causar oscilacións. A redución da ganancia do bucle de posición pode reducir a velocidade de resposta do sistema e, polo tanto, a posibilidade de oscilacións.
Ao axustar a ganancia do bucle de posición, cómpre configurala de forma razoable segundo o modelo de máquina-ferramenta e os requisitos de procesamento específicos. En xeral, a ganancia do bucle de posición pódese reducir primeiro a un nivel relativamente baixo e, a seguir, aumentar gradualmente mentres se observa o funcionamento da máquina-ferramenta ata atopar un valor óptimo que poida cumprir os requisitos de precisión do procesamento e evitar a oscilación.
O controlador proporcional-integral-derivativo é un controlador multifuncional que desempeña un papel crucial nas máquinas-ferramenta CNC. Non só pode realizar eficazmente unha ganancia proporcional nos sinais de corrente e tensión, senón que tamén pode axustar o problema de atraso ou adianto do sinal de saída. Ás veces prodúcense fallos de oscilación debido ao atraso ou adianto da corrente e tensión de saída. Neste momento, o PID pódese usar para axustar a fase da corrente e tensión de saída.
A ganancia do bucle de posición é un parámetro clave no sistema de control das máquinas-ferramenta CNC. Cando a ganancia do bucle de posición é demasiado alta, o sistema é demasiado sensible aos erros de posición e é propenso a causar oscilacións. A redución da ganancia do bucle de posición pode reducir a velocidade de resposta do sistema e, polo tanto, a posibilidade de oscilacións.
Ao axustar a ganancia do bucle de posición, cómpre configurala de forma razoable segundo o modelo de máquina-ferramenta e os requisitos de procesamento específicos. En xeral, a ganancia do bucle de posición pódese reducir primeiro a un nivel relativamente baixo e, a seguir, aumentar gradualmente mentres se observa o funcionamento da máquina-ferramenta ata atopar un valor óptimo que poida cumprir os requisitos de precisión do procesamento e evitar a oscilación.
II. Axuste de parámetros do sistema servo de bucle pechado
Sistema servo de bucle semipechado
Algúns servosistemas CNC empregan dispositivos de bucle semipechado. Ao axustar o servosistema de bucle semipechado, é necesario garantir que o sistema de bucle semipechado local non oscile. Dado que o servosistema de bucle pechado completo realiza o axuste dos parámetros partindo da premisa de que o seu sistema de bucle semipechado local é estable, os dous son similares nos métodos de axuste.
O sistema servo de bucle semipechado retroalimenta indirectamente a información de posición da máquina ferramenta detectando o ángulo de rotación ou a velocidade do motor. Ao axustar os parámetros, débese prestar atención aos seguintes aspectos:
(1) Parámetros do bucle de velocidade: Os axustes da ganancia do bucle de velocidade e da constante de tempo integral inflúen moito na estabilidade e na velocidade de resposta do sistema. Unha ganancia do bucle de velocidade demasiado alta levará a unha resposta do sistema demasiado rápida e é propensa a xerar oscilacións; mentres que unha constante de tempo integral demasiado longa ralentizará a resposta do sistema e afectará á eficiencia do procesamento.
(2) Parámetros do bucle de posición: o axuste da ganancia do bucle de posición e dos parámetros do filtro pode mellorar a precisión da posición e a estabilidade do sistema. Unha ganancia do bucle de posición demasiado alta provocará oscilación e o filtro pode filtrar o ruído de alta frecuencia no sinal de retroalimentación e mellorar a estabilidade do sistema.
Sistema servo de bucle pechado completo
O sistema servo de bucle pechado completo realiza un control de posición preciso ao detectar directamente a posición real da máquina-ferramenta. Ao axustar o sistema servo de bucle pechado completo, os parámetros deben seleccionarse con máis coidado para garantir a estabilidade e a precisión do sistema.
O axuste de parámetros do sistema servo de bucle pechado completo inclúe principalmente os seguintes aspectos:
(1) Ganancia do bucle de posición: Do mesmo xeito que no sistema de bucle semipechado, unha ganancia do bucle de posición demasiado alta provocará oscilacións. Non obstante, dado que o sistema de bucle pechado completo detecta erros de posición con maior precisión, a ganancia do bucle de posición pódese axustar a un valor relativamente alto para mellorar a precisión da posición do sistema.
(2) Parámetros do bucle de velocidade: Os axustes da ganancia do bucle de velocidade e da constante de tempo integral deben axustarse segundo as características dinámicas e os requisitos de procesamento da máquina-ferramenta. En xeral, a ganancia do bucle de velocidade pódese axustar a un valor lixeiramente superior ao do sistema de bucle semipechado para mellorar a velocidade de resposta do sistema.
(3) Parámetros do filtro: o sistema de bucle pechado completo é máis sensible ao ruído no sinal de retroalimentación, polo que é necesario configurar os parámetros de filtro axeitados para filtrar o ruído. O tipo e a selección de parámetros do filtro deben axustarse segundo o escenario de aplicación específico.
Sistema servo de bucle semipechado
Algúns servosistemas CNC empregan dispositivos de bucle semipechado. Ao axustar o servosistema de bucle semipechado, é necesario garantir que o sistema de bucle semipechado local non oscile. Dado que o servosistema de bucle pechado completo realiza o axuste dos parámetros partindo da premisa de que o seu sistema de bucle semipechado local é estable, os dous son similares nos métodos de axuste.
O sistema servo de bucle semipechado retroalimenta indirectamente a información de posición da máquina ferramenta detectando o ángulo de rotación ou a velocidade do motor. Ao axustar os parámetros, débese prestar atención aos seguintes aspectos:
(1) Parámetros do bucle de velocidade: Os axustes da ganancia do bucle de velocidade e da constante de tempo integral inflúen moito na estabilidade e na velocidade de resposta do sistema. Unha ganancia do bucle de velocidade demasiado alta levará a unha resposta do sistema demasiado rápida e é propensa a xerar oscilacións; mentres que unha constante de tempo integral demasiado longa ralentizará a resposta do sistema e afectará á eficiencia do procesamento.
(2) Parámetros do bucle de posición: o axuste da ganancia do bucle de posición e dos parámetros do filtro pode mellorar a precisión da posición e a estabilidade do sistema. Unha ganancia do bucle de posición demasiado alta provocará oscilación e o filtro pode filtrar o ruído de alta frecuencia no sinal de retroalimentación e mellorar a estabilidade do sistema.
Sistema servo de bucle pechado completo
O sistema servo de bucle pechado completo realiza un control de posición preciso ao detectar directamente a posición real da máquina-ferramenta. Ao axustar o sistema servo de bucle pechado completo, os parámetros deben seleccionarse con máis coidado para garantir a estabilidade e a precisión do sistema.
O axuste de parámetros do sistema servo de bucle pechado completo inclúe principalmente os seguintes aspectos:
(1) Ganancia do bucle de posición: Do mesmo xeito que no sistema de bucle semipechado, unha ganancia do bucle de posición demasiado alta provocará oscilacións. Non obstante, dado que o sistema de bucle pechado completo detecta erros de posición con maior precisión, a ganancia do bucle de posición pódese axustar a un valor relativamente alto para mellorar a precisión da posición do sistema.
(2) Parámetros do bucle de velocidade: Os axustes da ganancia do bucle de velocidade e da constante de tempo integral deben axustarse segundo as características dinámicas e os requisitos de procesamento da máquina-ferramenta. En xeral, a ganancia do bucle de velocidade pódese axustar a un valor lixeiramente superior ao do sistema de bucle semipechado para mellorar a velocidade de resposta do sistema.
(3) Parámetros do filtro: o sistema de bucle pechado completo é máis sensible ao ruído no sinal de retroalimentación, polo que é necesario configurar os parámetros de filtro axeitados para filtrar o ruído. O tipo e a selección de parámetros do filtro deben axustarse segundo o escenario de aplicación específico.
III. Adopción da función de supresión de alta frecuencia
A discusión anterior trata sobre o método de optimización de parámetros para a oscilación de baixa frecuencia. Ás veces, o sistema CNC das máquinas-ferramenta CNC xerará sinais de retroalimentación que conteñen harmónicos de alta frecuencia debido a certas razóns de oscilación na parte mecánica, o que fai que o par de saída non sexa constante e, polo tanto, xera vibracións. Para esta situación de oscilación de alta frecuencia, pódese engadir unha ligazón de filtrado de paso baixo de primeira orde ao bucle de velocidade, que é o filtro de par.
O filtro de par pode filtrar eficazmente os harmónicos de alta frecuencia no sinal de retroalimentación, facendo que o par de saída sexa máis estable e, polo tanto, reducindo a vibración. Ao seleccionar os parámetros do filtro de par, débense ter en conta os seguintes factores:
(1) Frecuencia de corte: A frecuencia de corte determina o grao de atenuación do filtro aos sinais de alta frecuencia. Unha frecuencia de corte demasiado baixa afectará á velocidade de resposta do sistema, mentres que unha frecuencia de corte demasiado alta non poderá filtrar eficazmente os harmónicos de alta frecuencia.
(2) Tipo de filtro: Os tipos de filtro comúns inclúen o filtro Butterworth, o filtro Chebyshev, etc. Os diferentes tipos de filtros teñen diferentes características de resposta en frecuencia e deben seleccionarse segundo o escenario de aplicación específico.
(3) Orde do filtro: canto maior sexa a orde do filtro, mellor será o efecto de atenuación nos sinais de alta frecuencia, pero ao mesmo tempo, tamén aumentará a carga computacional do sistema. Ao seleccionar a orde do filtro, débese considerar exhaustivamente o rendemento e os recursos computacionais do sistema.
A discusión anterior trata sobre o método de optimización de parámetros para a oscilación de baixa frecuencia. Ás veces, o sistema CNC das máquinas-ferramenta CNC xerará sinais de retroalimentación que conteñen harmónicos de alta frecuencia debido a certas razóns de oscilación na parte mecánica, o que fai que o par de saída non sexa constante e, polo tanto, xera vibracións. Para esta situación de oscilación de alta frecuencia, pódese engadir unha ligazón de filtrado de paso baixo de primeira orde ao bucle de velocidade, que é o filtro de par.
O filtro de par pode filtrar eficazmente os harmónicos de alta frecuencia no sinal de retroalimentación, facendo que o par de saída sexa máis estable e, polo tanto, reducindo a vibración. Ao seleccionar os parámetros do filtro de par, débense ter en conta os seguintes factores:
(1) Frecuencia de corte: A frecuencia de corte determina o grao de atenuación do filtro aos sinais de alta frecuencia. Unha frecuencia de corte demasiado baixa afectará á velocidade de resposta do sistema, mentres que unha frecuencia de corte demasiado alta non poderá filtrar eficazmente os harmónicos de alta frecuencia.
(2) Tipo de filtro: Os tipos de filtro comúns inclúen o filtro Butterworth, o filtro Chebyshev, etc. Os diferentes tipos de filtros teñen diferentes características de resposta en frecuencia e deben seleccionarse segundo o escenario de aplicación específico.
(3) Orde do filtro: canto maior sexa a orde do filtro, mellor será o efecto de atenuación nos sinais de alta frecuencia, pero ao mesmo tempo, tamén aumentará a carga computacional do sistema. Ao seleccionar a orde do filtro, débese considerar exhaustivamente o rendemento e os recursos computacionais do sistema.
Ademais, para eliminar aínda máis a oscilación das máquinas-ferramenta CNC, tamén se poden tomar as seguintes medidas:
Optimizar a estrutura mecánica
Comprobe as pezas mecánicas da máquina ferramenta, como os carrís guía, os parafusos de avance, os rolamentos, etc., para garantir que a súa precisión de instalación e a folgura de axuste cumpran os requisitos. No caso de pezas moi desgastadas, substitúaas ou repáreas a tempo. Ao mesmo tempo, axuste razoablemente o contrapeso e o equilibrio da máquina ferramenta para reducir a xeración de vibracións mecánicas.
Mellorar a capacidade antiinterferencia do sistema de control
O sistema de control das máquinas-ferramenta CNC vese afectado facilmente por interferencias externas, como interferencias electromagnéticas, flutuacións de potencia, etc. Para mellorar a capacidade antiinterferencias do sistema de control, pódense tomar as seguintes medidas:
(1) Adoptar cables blindados e medidas de conexión a terra para reducir a influencia das interferencias electromagnéticas.
(2) Instalar filtros de alimentación para estabilizar a tensión da fonte de alimentación.
(3) Optimizar o algoritmo de software do sistema de control para mellorar o rendemento antiinterferencias do sistema.
Mantemento e mantemento regulares
Realizar mantemento e conservación regularmente nas máquinas ferramenta CNC, limpar as distintas pezas da máquina ferramenta, comprobar as condicións de traballo do sistema de lubricación e do sistema de refrixeración e substituír as pezas desgastadas e o aceite lubricante a tempo. Isto pode garantir un rendemento estable da máquina ferramenta e reducir a aparición de oscilacións.
Optimizar a estrutura mecánica
Comprobe as pezas mecánicas da máquina ferramenta, como os carrís guía, os parafusos de avance, os rolamentos, etc., para garantir que a súa precisión de instalación e a folgura de axuste cumpran os requisitos. No caso de pezas moi desgastadas, substitúaas ou repáreas a tempo. Ao mesmo tempo, axuste razoablemente o contrapeso e o equilibrio da máquina ferramenta para reducir a xeración de vibracións mecánicas.
Mellorar a capacidade antiinterferencia do sistema de control
O sistema de control das máquinas-ferramenta CNC vese afectado facilmente por interferencias externas, como interferencias electromagnéticas, flutuacións de potencia, etc. Para mellorar a capacidade antiinterferencias do sistema de control, pódense tomar as seguintes medidas:
(1) Adoptar cables blindados e medidas de conexión a terra para reducir a influencia das interferencias electromagnéticas.
(2) Instalar filtros de alimentación para estabilizar a tensión da fonte de alimentación.
(3) Optimizar o algoritmo de software do sistema de control para mellorar o rendemento antiinterferencias do sistema.
Mantemento e mantemento regulares
Realizar mantemento e conservación regularmente nas máquinas ferramenta CNC, limpar as distintas pezas da máquina ferramenta, comprobar as condicións de traballo do sistema de lubricación e do sistema de refrixeración e substituír as pezas desgastadas e o aceite lubricante a tempo. Isto pode garantir un rendemento estable da máquina ferramenta e reducir a aparición de oscilacións.
En conclusión, eliminar a oscilación das máquinas-ferramenta CNC require unha consideración exhaustiva dos factores mecánicos e eléctricos. Axustando razoablemente os parámetros do sistema servo, adoptando a función de supresión de alta frecuencia, optimizando a estrutura mecánica, mellorando a capacidade antiinterferencia do sistema de control e realizando un mantemento regular, pódese reducir eficazmente a aparición de oscilacións e mellorar a precisión e a estabilidade do mecanizado da máquina-ferramenta.