《Методы устранения вибраций станков с ЧПУ》
Станки с ЧПУ играют важную роль в современном промышленном производстве. Однако проблема колебаний часто беспокоит операторов и производителей. Причины колебаний станков с ЧПУ относительно сложны. Помимо многих факторов, таких как неустранимые зазоры передачи, упругая деформация и сопротивление трению в механическом аспекте, важным аспектом также является влияние соответствующих параметров сервосистемы. Теперь производитель станков с ЧПУ подробно представит методы устранения колебаний станков с ЧПУ.
I. Уменьшение усиления контура положения
Пропорционально-интегрально-производный контроллер — это многофункциональный контроллер, который играет решающую роль в станках с ЧПУ. Он может не только эффективно обеспечивать пропорциональное усиление сигналов тока и напряжения, но также регулировать проблему запаздывания или опережения выходного сигнала. Ошибки генерации иногда возникают из-за запаздывания или опережения выходного тока и напряжения. В это время ПИД-регулятор можно использовать для регулировки фазы выходного тока и напряжения.
Коэффициент усиления контура положения является ключевым параметром в системе управления станков с ЧПУ. Когда усиление контура положения слишком велико, система становится слишком чувствительной к ошибкам положения и склонна вызывать колебания. Уменьшение коэффициента усиления контура положения может снизить скорость реакции системы и, таким образом, уменьшить вероятность колебаний.
При регулировке коэффициента усиления контура положения его необходимо разумно установить в соответствии с конкретной моделью станка и требованиями обработки. Вообще говоря, коэффициент усиления контура положения можно сначала уменьшить до относительно низкого уровня, а затем постепенно увеличивать, наблюдая за работой станка, пока не будет найдено оптимальное значение, которое может удовлетворить требования точности обработки и избежать колебаний.
Пропорционально-интегрально-производный контроллер — это многофункциональный контроллер, который играет решающую роль в станках с ЧПУ. Он может не только эффективно обеспечивать пропорциональное усиление сигналов тока и напряжения, но также регулировать проблему запаздывания или опережения выходного сигнала. Ошибки генерации иногда возникают из-за запаздывания или опережения выходного тока и напряжения. В это время ПИД-регулятор можно использовать для регулировки фазы выходного тока и напряжения.
Коэффициент усиления контура положения является ключевым параметром в системе управления станков с ЧПУ. Когда усиление контура положения слишком велико, система становится слишком чувствительной к ошибкам положения и склонна вызывать колебания. Уменьшение коэффициента усиления контура положения может снизить скорость реакции системы и, таким образом, уменьшить вероятность колебаний.
При регулировке коэффициента усиления контура положения его необходимо разумно установить в соответствии с конкретной моделью станка и требованиями обработки. Вообще говоря, коэффициент усиления контура положения можно сначала уменьшить до относительно низкого уровня, а затем постепенно увеличивать, наблюдая за работой станка, пока не будет найдено оптимальное значение, которое может удовлетворить требования точности обработки и избежать колебаний.
II. Настройка параметров сервосистемы с обратной связью
Полузамкнутая сервосистема
В некоторых сервосистемах с ЧПУ используются полузамкнутые устройства. При регулировке сервосистемы полузамкнутого контура необходимо следить за тем, чтобы местная полузамкнутая система не колебалась. Поскольку сервосистема с полностью замкнутым контуром выполняет настройку параметров при условии, что ее локальная система с полузамкнутым контуром стабильна, эти две системы аналогичны по методам регулировки.
Сервосистема с полузамкнутым контуром косвенно передает информацию о положении станка, определяя угол вращения или скорость двигателя. При настройке параметров необходимо обратить внимание на следующие аспекты:
(1) Параметры контура скорости: настройки коэффициента усиления контура скорости и интегральной постоянной времени оказывают большое влияние на стабильность и скорость реакции системы. Слишком высокое усиление контура скорости приведет к слишком быстрому отклику системы и склонно к генерации колебаний; в то время как слишком большая интегральная постоянная времени замедлит реакцию системы и повлияет на эффективность обработки.
(2) Параметры контура положения. Регулировка коэффициента усиления контура положения и параметров фильтра может повысить точность и стабильность положения системы. Слишком высокий коэффициент усиления контура положения вызовет колебания, а фильтр может отфильтровать высокочастотный шум в сигнале обратной связи и улучшить стабильность системы.
Полностью замкнутая сервосистема
Сервосистема с полностью замкнутым контуром обеспечивает точный контроль положения, напрямую определяя фактическое положение станка. При настройке сервосистемы с полностью замкнутым контуром параметры необходимо выбирать более тщательно, чтобы обеспечить стабильность и точность системы.
Настройка параметров сервосистемы с полностью замкнутым контуром в основном включает в себя следующие аспекты:
(1) Коэффициент усиления контура положения: Как и в полузамкнутой системе, слишком высокий коэффициент усиления контура положения приведет к колебаниям. Однако, поскольку система с полностью замкнутым контуром более точно обнаруживает ошибки позиционирования, коэффициент усиления контура позиционирования можно установить относительно высоким, чтобы повысить точность позиционирования системы.
(2) Параметры контура скорости: настройки коэффициента усиления контура скорости и интегральной постоянной времени необходимо отрегулировать в соответствии с динамическими характеристиками и требованиями к обработке станка. Вообще говоря, коэффициент усиления контура скорости можно установить немного выше, чем у полузамкнутой системы, чтобы улучшить скорость реакции системы.
(3) Параметры фильтра: система с полностью замкнутым контуром более чувствительна к шуму в сигнале обратной связи, поэтому для фильтрации шума необходимо установить соответствующие параметры фильтра. Выбор типа и параметров фильтра должен быть скорректирован в соответствии с конкретным сценарием применения.
Полузамкнутая сервосистема
В некоторых сервосистемах с ЧПУ используются полузамкнутые устройства. При регулировке сервосистемы полузамкнутого контура необходимо следить за тем, чтобы местная полузамкнутая система не колебалась. Поскольку сервосистема с полностью замкнутым контуром выполняет настройку параметров при условии, что ее локальная система с полузамкнутым контуром стабильна, эти две системы аналогичны по методам регулировки.
Сервосистема с полузамкнутым контуром косвенно передает информацию о положении станка, определяя угол вращения или скорость двигателя. При настройке параметров необходимо обратить внимание на следующие аспекты:
(1) Параметры контура скорости: настройки коэффициента усиления контура скорости и интегральной постоянной времени оказывают большое влияние на стабильность и скорость реакции системы. Слишком высокое усиление контура скорости приведет к слишком быстрому отклику системы и склонно к генерации колебаний; в то время как слишком большая интегральная постоянная времени замедлит реакцию системы и повлияет на эффективность обработки.
(2) Параметры контура положения. Регулировка коэффициента усиления контура положения и параметров фильтра может повысить точность и стабильность положения системы. Слишком высокий коэффициент усиления контура положения вызовет колебания, а фильтр может отфильтровать высокочастотный шум в сигнале обратной связи и улучшить стабильность системы.
Полностью замкнутая сервосистема
Сервосистема с полностью замкнутым контуром обеспечивает точный контроль положения, напрямую определяя фактическое положение станка. При настройке сервосистемы с полностью замкнутым контуром параметры необходимо выбирать более тщательно, чтобы обеспечить стабильность и точность системы.
Настройка параметров сервосистемы с полностью замкнутым контуром в основном включает в себя следующие аспекты:
(1) Коэффициент усиления контура положения: Как и в полузамкнутой системе, слишком высокий коэффициент усиления контура положения приведет к колебаниям. Однако, поскольку система с полностью замкнутым контуром более точно обнаруживает ошибки позиционирования, коэффициент усиления контура позиционирования можно установить относительно высоким, чтобы повысить точность позиционирования системы.
(2) Параметры контура скорости: настройки коэффициента усиления контура скорости и интегральной постоянной времени необходимо отрегулировать в соответствии с динамическими характеристиками и требованиями к обработке станка. Вообще говоря, коэффициент усиления контура скорости можно установить немного выше, чем у полузамкнутой системы, чтобы улучшить скорость реакции системы.
(3) Параметры фильтра: система с полностью замкнутым контуром более чувствительна к шуму в сигнале обратной связи, поэтому для фильтрации шума необходимо установить соответствующие параметры фильтра. Выбор типа и параметров фильтра должен быть скорректирован в соответствии с конкретным сценарием применения.
III. Принятие функции высокочастотного подавления
Вышеприведенное обсуждение посвящено методу оптимизации параметров низкочастотных колебаний. Иногда система ЧПУ станков с ЧПУ генерирует сигналы обратной связи, содержащие высокочастотные гармоники, из-за определенных причин колебаний в механической части, что делает выходной крутящий момент непостоянным и, таким образом, создает вибрацию. В этой ситуации высокочастотных колебаний в контур скорости можно добавить канал фильтрации нижних частот первого порядка, который представляет собой фильтр крутящего момента.
Фильтр крутящего момента может эффективно отфильтровывать высокочастотные гармоники в сигнале обратной связи, делая выходной крутящий момент более стабильным и, таким образом, снижая вибрацию. При выборе параметров моментного фильтра необходимо учитывать следующие факторы:
(1) Частота среза: Частота среза определяет степень ослабления фильтром высокочастотных сигналов. Слишком низкая частота среза повлияет на скорость отклика системы, а слишком высокая частота среза не сможет эффективно отфильтровывать высокочастотные гармоники.
(2) Тип фильтра. К распространенным типам фильтров относятся фильтр Баттерворта, фильтр Чебышева и т. д. Различные типы фильтров имеют разные характеристики частотной характеристики, и их необходимо выбирать в соответствии с конкретным сценарием применения.
(3) Порядок фильтра. Чем выше порядок фильтра, тем лучше эффект затухания высокочастотных сигналов, но в то же время это также увеличивает вычислительную нагрузку системы. При выборе порядка фильтра необходимо всесторонне учитывать производительность и вычислительные ресурсы системы.
Вышеприведенное обсуждение посвящено методу оптимизации параметров низкочастотных колебаний. Иногда система ЧПУ станков с ЧПУ генерирует сигналы обратной связи, содержащие высокочастотные гармоники, из-за определенных причин колебаний в механической части, что делает выходной крутящий момент непостоянным и, таким образом, создает вибрацию. В этой ситуации высокочастотных колебаний в контур скорости можно добавить канал фильтрации нижних частот первого порядка, который представляет собой фильтр крутящего момента.
Фильтр крутящего момента может эффективно отфильтровывать высокочастотные гармоники в сигнале обратной связи, делая выходной крутящий момент более стабильным и, таким образом, снижая вибрацию. При выборе параметров моментного фильтра необходимо учитывать следующие факторы:
(1) Частота среза: Частота среза определяет степень ослабления фильтром высокочастотных сигналов. Слишком низкая частота среза повлияет на скорость отклика системы, а слишком высокая частота среза не сможет эффективно отфильтровывать высокочастотные гармоники.
(2) Тип фильтра. К распространенным типам фильтров относятся фильтр Баттерворта, фильтр Чебышева и т. д. Различные типы фильтров имеют разные характеристики частотной характеристики, и их необходимо выбирать в соответствии с конкретным сценарием применения.
(3) Порядок фильтра. Чем выше порядок фильтра, тем лучше эффект затухания высокочастотных сигналов, но в то же время это также увеличивает вычислительную нагрузку системы. При выборе порядка фильтра необходимо всесторонне учитывать производительность и вычислительные ресурсы системы.
Кроме того, для дальнейшего устранения колебаний станков с ЧПУ также можно принять следующие меры:
Оптимизация механической конструкции
Проверьте механические части станка, такие как направляющие, ходовые винты, подшипники и т. д., чтобы убедиться, что точность их установки и посадочный зазор соответствуют требованиям. В случае сильно изношенных деталей своевременно заменяйте или ремонтируйте их. В то же время разумно отрегулируйте противовес и балансировку станка, чтобы уменьшить возникновение механической вибрации.
Улучшите помехоустойчивость системы управления.
На систему управления станков с ЧПУ легко влияют внешние помехи, такие как электромагнитные помехи, колебания мощности и т. д. Чтобы улучшить помехоустойчивость системы управления, можно принять следующие меры:
(1) Используйте экранированные кабели и меры по заземлению, чтобы уменьшить влияние электромагнитных помех.
(2) Установите сетевые фильтры для стабилизации напряжения источника питания.
(3) Оптимизировать программный алгоритм системы управления, чтобы улучшить характеристики защиты от помех в системе.
Регулярное техническое обслуживание и уход
Регулярно выполняйте техническое обслуживание и ремонт станков с ЧПУ, очищайте различные детали станка, проверяйте состояние работы системы смазки и системы охлаждения, своевременно заменяйте изношенные детали и смазочное масло. Это может обеспечить стабильную работу станка и уменьшить возникновение колебаний.
Оптимизация механической конструкции
Проверьте механические части станка, такие как направляющие, ходовые винты, подшипники и т. д., чтобы убедиться, что точность их установки и посадочный зазор соответствуют требованиям. В случае сильно изношенных деталей своевременно заменяйте или ремонтируйте их. В то же время разумно отрегулируйте противовес и балансировку станка, чтобы уменьшить возникновение механической вибрации.
Улучшите помехоустойчивость системы управления.
На систему управления станков с ЧПУ легко влияют внешние помехи, такие как электромагнитные помехи, колебания мощности и т. д. Чтобы улучшить помехоустойчивость системы управления, можно принять следующие меры:
(1) Используйте экранированные кабели и меры по заземлению, чтобы уменьшить влияние электромагнитных помех.
(2) Установите сетевые фильтры для стабилизации напряжения источника питания.
(3) Оптимизировать программный алгоритм системы управления, чтобы улучшить характеристики защиты от помех в системе.
Регулярное техническое обслуживание и уход
Регулярно выполняйте техническое обслуживание и ремонт станков с ЧПУ, очищайте различные детали станка, проверяйте состояние работы системы смазки и системы охлаждения, своевременно заменяйте изношенные детали и смазочное масло. Это может обеспечить стабильную работу станка и уменьшить возникновение колебаний.
В заключение, устранение колебаний станков с ЧПУ требует всестороннего учета механических и электрических факторов. Разумно регулируя параметры сервосистемы, применяя функцию высокочастотного подавления, оптимизируя механическую структуру, улучшая помехоустойчивость системы управления и выполняя регулярное техническое обслуживание, можно эффективно уменьшить возникновение колебаний и повысить точность обработки и стабильность станка.