«روش‌هایی برای حذف نوسان ماشین‌های ابزار CNC»
ماشین‌های ابزار CNC نقش مهمی در تولید صنعتی مدرن ایفا می‌کنند. با این حال، مشکل نوسان اغلب اپراتورها و تولیدکنندگان را آزار می‌دهد. دلایل نوسان ماشین‌های ابزار CNC نسبتاً پیچیده است. علاوه بر عوامل زیادی مانند شکاف‌های انتقال غیرقابل جابجایی، تغییر شکل الاستیک و مقاومت اصطکاکی در جنبه مکانیکی، تأثیر پارامترهای مربوط به سیستم سروو نیز یک جنبه مهم است. اکنون، تولیدکننده ماشین‌های ابزار CNC به طور مفصل روش‌های حذف نوسان ماشین‌های ابزار CNC را معرفی خواهد کرد.
۱. کاهش بهره حلقه موقعیت
کنترل‌کننده تناسبی-انتگرالی-مشتقی یک کنترل‌کننده چندمنظوره است که نقش مهمی در ماشین‌های ابزار CNC ایفا می‌کند. این کنترل‌کننده نه تنها می‌تواند به طور مؤثر بهره تناسبی را روی سیگنال‌های جریان و ولتاژ انجام دهد، بلکه می‌تواند مشکل عقب‌ماندگی یا پیش‌افتادگی سیگنال خروجی را نیز تنظیم کند. خطاهای نوسان گاهی اوقات به دلیل عقب‌ماندگی یا پیش‌افتادگی جریان و ولتاژ خروجی رخ می‌دهند. در این زمان، می‌توان از PID برای تنظیم فاز جریان و ولتاژ خروجی استفاده کرد.
بهره حلقه موقعیت یک پارامتر کلیدی در سیستم کنترل ماشین‌های ابزار CNC است. وقتی بهره حلقه موقعیت خیلی زیاد باشد، سیستم بیش از حد به خطاهای موقعیت حساس است و مستعد ایجاد نوسان است. کاهش بهره حلقه موقعیت می‌تواند سرعت پاسخ سیستم را کاهش دهد و در نتیجه احتمال نوسان را کاهش دهد.
هنگام تنظیم بهره حلقه موقعیت، باید به طور منطقی مطابق با مدل خاص ماشین ابزار و الزامات پردازش تنظیم شود. به طور کلی، می‌توان ابتدا بهره حلقه موقعیت را به سطح نسبتاً پایینی کاهش داد و سپس ضمن مشاهده عملکرد ماشین ابزار، آن را به تدریج افزایش داد تا به مقدار بهینه‌ای که بتواند الزامات دقت پردازش را برآورده کند و از نوسان جلوگیری کند، دست یافت.
کنترل‌کننده تناسبی-انتگرالی-مشتقی یک کنترل‌کننده چندمنظوره است که نقش مهمی در ماشین‌های ابزار CNC ایفا می‌کند. این کنترل‌کننده نه تنها می‌تواند به طور مؤثر بهره تناسبی را روی سیگنال‌های جریان و ولتاژ انجام دهد، بلکه می‌تواند مشکل عقب‌ماندگی یا پیش‌افتادگی سیگنال خروجی را نیز تنظیم کند. خطاهای نوسان گاهی اوقات به دلیل عقب‌ماندگی یا پیش‌افتادگی جریان و ولتاژ خروجی رخ می‌دهند. در این زمان، می‌توان از PID برای تنظیم فاز جریان و ولتاژ خروجی استفاده کرد.
بهره حلقه موقعیت یک پارامتر کلیدی در سیستم کنترل ماشین‌های ابزار CNC است. وقتی بهره حلقه موقعیت خیلی زیاد باشد، سیستم بیش از حد به خطاهای موقعیت حساس است و مستعد ایجاد نوسان است. کاهش بهره حلقه موقعیت می‌تواند سرعت پاسخ سیستم را کاهش دهد و در نتیجه احتمال نوسان را کاهش دهد.
هنگام تنظیم بهره حلقه موقعیت، باید به طور منطقی مطابق با مدل خاص ماشین ابزار و الزامات پردازش تنظیم شود. به طور کلی، می‌توان ابتدا بهره حلقه موقعیت را به سطح نسبتاً پایینی کاهش داد و سپس ضمن مشاهده عملکرد ماشین ابزار، آن را به تدریج افزایش داد تا به مقدار بهینه‌ای که بتواند الزامات دقت پردازش را برآورده کند و از نوسان جلوگیری کند، دست یافت.
دوم. تنظیم پارامتر سیستم سروو حلقه بسته
سیستم سروو نیمه حلقه بسته
برخی از سیستم‌های سروو CNC از دستگاه‌های حلقه نیمه بسته استفاده می‌کنند. هنگام تنظیم سیستم سروو حلقه نیمه بسته، لازم است اطمینان حاصل شود که سیستم حلقه نیمه بسته محلی دچار نوسان نمی‌شود. از آنجایی که سیستم سروو حلقه بسته کامل، تنظیم پارامتر را با فرض پایدار بودن سیستم حلقه نیمه بسته محلی خود انجام می‌دهد، این دو در روش‌های تنظیم مشابه هستند.
سیستم سروو نیمه حلقه بسته با تشخیص زاویه چرخش یا سرعت موتور، به طور غیرمستقیم اطلاعات موقعیت ابزار ماشین را بازخورد می‌دهد. هنگام تنظیم پارامترها، باید به جنبه‌های زیر توجه شود:
(1) پارامترهای حلقه سرعت: تنظیمات بهره حلقه سرعت و ثابت زمانی انتگرال تأثیر زیادی بر پایداری و سرعت پاسخ سیستم دارند. بهره حلقه با سرعت خیلی بالا منجر به پاسخ خیلی سریع سیستم شده و مستعد ایجاد نوسان است؛ در حالی که ثابت زمانی انتگرال خیلی طولانی، پاسخ سیستم را کند کرده و بر راندمان پردازش تأثیر می‌گذارد.
(2) پارامترهای حلقه موقعیت: تنظیم بهره حلقه موقعیت و پارامترهای فیلتر می‌تواند دقت موقعیت و پایداری سیستم را بهبود بخشد. بهره حلقه موقعیت خیلی بالا باعث نوسان می‌شود و فیلتر می‌تواند نویز فرکانس بالا را در سیگنال بازخورد فیلتر کرده و پایداری سیستم را بهبود بخشد.
سیستم سروو با حلقه بسته کامل
سیستم سروو حلقه بسته کامل با تشخیص مستقیم موقعیت واقعی ابزار ماشین، کنترل موقعیت دقیق را محقق می‌کند. هنگام تنظیم سیستم سروو حلقه بسته کامل، پارامترها باید با دقت بیشتری انتخاب شوند تا از پایداری و دقت سیستم اطمینان حاصل شود.
تنظیم پارامترهای سیستم سروو حلقه بسته کامل عمدتاً شامل جنبه‌های زیر است:
(1) بهره حلقه موقعیت: مشابه سیستم حلقه نیمه بسته، بهره حلقه موقعیت خیلی بالا منجر به نوسان خواهد شد. با این حال، از آنجایی که سیستم حلقه بسته کامل خطاهای موقعیت را با دقت بیشتری تشخیص می‌دهد، می‌توان بهره حلقه موقعیت را نسبتاً بالا تنظیم کرد تا دقت موقعیت سیستم بهبود یابد.
(2) پارامترهای حلقه سرعت: تنظیمات بهره حلقه سرعت و ثابت زمانی انتگرال باید مطابق با ویژگی‌های دینامیکی و الزامات پردازش ابزار ماشین تنظیم شوند. به طور کلی، می‌توان بهره حلقه سرعت را کمی بالاتر از سیستم نیمه حلقه بسته تنظیم کرد تا سرعت پاسخ سیستم بهبود یابد.
(3) پارامترهای فیلتر: سیستم حلقه بسته کامل نسبت به نویز در سیگنال بازخورد حساس‌تر است، بنابراین باید پارامترهای فیلتر مناسبی برای فیلتر کردن نویز تنظیم شوند. نوع و انتخاب پارامتر فیلتر باید مطابق با سناریوی کاربرد خاص تنظیم شود.
سیستم سروو نیمه حلقه بسته
برخی از سیستم‌های سروو CNC از دستگاه‌های حلقه نیمه بسته استفاده می‌کنند. هنگام تنظیم سیستم سروو حلقه نیمه بسته، لازم است اطمینان حاصل شود که سیستم حلقه نیمه بسته محلی دچار نوسان نمی‌شود. از آنجایی که سیستم سروو حلقه بسته کامل، تنظیم پارامتر را با فرض پایدار بودن سیستم حلقه نیمه بسته محلی خود انجام می‌دهد، این دو در روش‌های تنظیم مشابه هستند.
سیستم سروو نیمه حلقه بسته با تشخیص زاویه چرخش یا سرعت موتور، به طور غیرمستقیم اطلاعات موقعیت ابزار ماشین را بازخورد می‌دهد. هنگام تنظیم پارامترها، باید به جنبه‌های زیر توجه شود:
(1) پارامترهای حلقه سرعت: تنظیمات بهره حلقه سرعت و ثابت زمانی انتگرال تأثیر زیادی بر پایداری و سرعت پاسخ سیستم دارند. بهره حلقه با سرعت خیلی بالا منجر به پاسخ خیلی سریع سیستم شده و مستعد ایجاد نوسان است؛ در حالی که ثابت زمانی انتگرال خیلی طولانی، پاسخ سیستم را کند کرده و بر راندمان پردازش تأثیر می‌گذارد.
(2) پارامترهای حلقه موقعیت: تنظیم بهره حلقه موقعیت و پارامترهای فیلتر می‌تواند دقت موقعیت و پایداری سیستم را بهبود بخشد. بهره حلقه موقعیت خیلی بالا باعث نوسان می‌شود و فیلتر می‌تواند نویز فرکانس بالا را در سیگنال بازخورد فیلتر کرده و پایداری سیستم را بهبود بخشد.
سیستم سروو با حلقه بسته کامل
سیستم سروو حلقه بسته کامل با تشخیص مستقیم موقعیت واقعی ابزار ماشین، کنترل موقعیت دقیق را محقق می‌کند. هنگام تنظیم سیستم سروو حلقه بسته کامل، پارامترها باید با دقت بیشتری انتخاب شوند تا از پایداری و دقت سیستم اطمینان حاصل شود.
تنظیم پارامترهای سیستم سروو حلقه بسته کامل عمدتاً شامل جنبه‌های زیر است:
(1) بهره حلقه موقعیت: مشابه سیستم حلقه نیمه بسته، بهره حلقه موقعیت خیلی بالا منجر به نوسان خواهد شد. با این حال، از آنجایی که سیستم حلقه بسته کامل خطاهای موقعیت را با دقت بیشتری تشخیص می‌دهد، می‌توان بهره حلقه موقعیت را نسبتاً بالا تنظیم کرد تا دقت موقعیت سیستم بهبود یابد.
(2) پارامترهای حلقه سرعت: تنظیمات بهره حلقه سرعت و ثابت زمانی انتگرال باید مطابق با ویژگی‌های دینامیکی و الزامات پردازش ابزار ماشین تنظیم شوند. به طور کلی، می‌توان بهره حلقه سرعت را کمی بالاتر از سیستم نیمه حلقه بسته تنظیم کرد تا سرعت پاسخ سیستم بهبود یابد.
(3) پارامترهای فیلتر: سیستم حلقه بسته کامل نسبت به نویز در سیگنال بازخورد حساس‌تر است، بنابراین باید پارامترهای فیلتر مناسبی برای فیلتر کردن نویز تنظیم شوند. نوع و انتخاب پارامتر فیلتر باید مطابق با سناریوی کاربرد خاص تنظیم شود.
III. اتخاذ تابع سرکوب فرکانس بالا
بحث فوق در مورد روش بهینه‌سازی پارامتر برای نوسانات فرکانس پایین است. گاهی اوقات، سیستم CNC ماشین‌های ابزار CNC به دلایل خاص نوسان در بخش مکانیکی، سیگنال‌های بازخورد حاوی هارمونیک‌های فرکانس بالا تولید می‌کند که باعث می‌شود گشتاور خروجی ثابت نباشد و در نتیجه لرزش ایجاد شود. برای این وضعیت نوسانات فرکانس بالا، می‌توان یک لینک فیلتر پایین‌گذر مرتبه اول را به حلقه سرعت اضافه کرد که همان فیلتر گشتاور است.
فیلتر گشتاور می‌تواند به طور موثر هارمونیک‌های فرکانس بالا را در سیگنال بازخورد فیلتر کند و گشتاور خروجی را پایدارتر کرده و در نتیجه لرزش را کاهش دهد. هنگام انتخاب پارامترهای فیلتر گشتاور، عوامل زیر باید در نظر گرفته شوند:
(1) فرکانس قطع: فرکانس قطع، میزان تضعیف فیلتر در برابر سیگنال‌های فرکانس بالا را تعیین می‌کند. فرکانس قطع خیلی پایین بر سرعت پاسخ سیستم تأثیر می‌گذارد، در حالی که فرکانس قطع خیلی بالا قادر به فیلتر کردن مؤثر هارمونیک‌های فرکانس بالا نخواهد بود.
(2) نوع فیلتر: انواع فیلترهای رایج شامل فیلتر باترورث، فیلتر چبیشف و غیره است. انواع مختلف فیلترها دارای ویژگی‌های پاسخ فرکانسی متفاوتی هستند و باید مطابق با سناریوی کاربرد خاص انتخاب شوند.
(3) مرتبه فیلتر: هرچه مرتبه فیلتر بالاتر باشد، اثر تضعیف روی سیگنال‌های فرکانس بالا بهتر است، اما در عین حال، بار محاسباتی سیستم را نیز افزایش می‌دهد. هنگام انتخاب مرتبه فیلتر، عملکرد و منابع محاسباتی سیستم باید به طور جامع در نظر گرفته شود.
بحث فوق در مورد روش بهینه‌سازی پارامتر برای نوسانات فرکانس پایین است. گاهی اوقات، سیستم CNC ماشین‌های ابزار CNC به دلایل خاص نوسان در بخش مکانیکی، سیگنال‌های بازخورد حاوی هارمونیک‌های فرکانس بالا تولید می‌کند که باعث می‌شود گشتاور خروجی ثابت نباشد و در نتیجه لرزش ایجاد شود. برای این وضعیت نوسانات فرکانس بالا، می‌توان یک لینک فیلتر پایین‌گذر مرتبه اول را به حلقه سرعت اضافه کرد که همان فیلتر گشتاور است.
فیلتر گشتاور می‌تواند به طور موثر هارمونیک‌های فرکانس بالا را در سیگنال بازخورد فیلتر کند و گشتاور خروجی را پایدارتر کرده و در نتیجه لرزش را کاهش دهد. هنگام انتخاب پارامترهای فیلتر گشتاور، عوامل زیر باید در نظر گرفته شوند:
(1) فرکانس قطع: فرکانس قطع، میزان تضعیف فیلتر در برابر سیگنال‌های فرکانس بالا را تعیین می‌کند. فرکانس قطع خیلی پایین بر سرعت پاسخ سیستم تأثیر می‌گذارد، در حالی که فرکانس قطع خیلی بالا قادر به فیلتر کردن مؤثر هارمونیک‌های فرکانس بالا نخواهد بود.
(2) نوع فیلتر: انواع فیلترهای رایج شامل فیلتر باترورث، فیلتر چبیشف و غیره است. انواع مختلف فیلترها دارای ویژگی‌های پاسخ فرکانسی متفاوتی هستند و باید مطابق با سناریوی کاربرد خاص انتخاب شوند.
(3) مرتبه فیلتر: هرچه مرتبه فیلتر بالاتر باشد، اثر تضعیف روی سیگنال‌های فرکانس بالا بهتر است، اما در عین حال، بار محاسباتی سیستم را نیز افزایش می‌دهد. هنگام انتخاب مرتبه فیلتر، عملکرد و منابع محاسباتی سیستم باید به طور جامع در نظر گرفته شود.
علاوه بر این، برای از بین بردن بیشتر نوسان ابزارهای CNC، می‌توان اقدامات زیر را نیز انجام داد:
بهینه سازی ساختار مکانیکی
قطعات مکانیکی ماشین ابزار، مانند ریل‌های راهنما، پیچ‌های راهنما، یاتاقان‌ها و غیره را بررسی کنید تا از صحت نصب و فاصله مناسب آنها با الزامات اطمینان حاصل شود. برای قطعات به شدت فرسوده، آنها را به موقع تعویض یا تعمیر کنید. در عین حال، وزنه تعادل و تعادل ماشین ابزار را به طور معقول تنظیم کنید تا تولید ارتعاش مکانیکی کاهش یابد.
بهبود توانایی ضد تداخل سیستم کنترل
سیستم کنترل ماشین‌های ابزار CNC به راحتی تحت تأثیر تداخل‌های خارجی مانند تداخل الکترومغناطیسی، نوسانات برق و غیره قرار می‌گیرد. به منظور بهبود قابلیت ضد تداخل سیستم کنترل، می‌توان اقدامات زیر را انجام داد:
(1) برای کاهش تأثیر تداخل الکترومغناطیسی، از کابل‌های محافظ و اقدامات اتصال زمین استفاده کنید.
(2) فیلترهای برق را برای تثبیت ولتاژ منبع تغذیه نصب کنید.
(3) الگوریتم نرم‌افزاری سیستم کنترل را بهینه کنید تا عملکرد ضد تداخل سیستم بهبود یابد.
نگهداری و تعمیر و نگهداری منظم
به طور منظم تعمیر و نگهداری ماشین آلات CNC را انجام دهید، قطعات مختلف ماشین آلات را تمیز کنید، شرایط کاری سیستم روغن کاری و سیستم خنک کننده را بررسی کنید و قطعات فرسوده و روغن روان کننده را به موقع تعویض کنید. این می تواند عملکرد پایدار ماشین آلات را تضمین کرده و وقوع نوسان را کاهش دهد.
بهینه سازی ساختار مکانیکی
قطعات مکانیکی ماشین ابزار، مانند ریل‌های راهنما، پیچ‌های راهنما، یاتاقان‌ها و غیره را بررسی کنید تا از صحت نصب و فاصله مناسب آنها با الزامات اطمینان حاصل شود. برای قطعات به شدت فرسوده، آنها را به موقع تعویض یا تعمیر کنید. در عین حال، وزنه تعادل و تعادل ماشین ابزار را به طور معقول تنظیم کنید تا تولید ارتعاش مکانیکی کاهش یابد.
بهبود توانایی ضد تداخل سیستم کنترل
سیستم کنترل ماشین‌های ابزار CNC به راحتی تحت تأثیر تداخل‌های خارجی مانند تداخل الکترومغناطیسی، نوسانات برق و غیره قرار می‌گیرد. به منظور بهبود قابلیت ضد تداخل سیستم کنترل، می‌توان اقدامات زیر را انجام داد:
(1) برای کاهش تأثیر تداخل الکترومغناطیسی، از کابل‌های محافظ و اقدامات اتصال زمین استفاده کنید.
(2) فیلترهای برق را برای تثبیت ولتاژ منبع تغذیه نصب کنید.
(3) الگوریتم نرم‌افزاری سیستم کنترل را بهینه کنید تا عملکرد ضد تداخل سیستم بهبود یابد.
نگهداری و تعمیر و نگهداری منظم
به طور منظم تعمیر و نگهداری ماشین آلات CNC را انجام دهید، قطعات مختلف ماشین آلات را تمیز کنید، شرایط کاری سیستم روغن کاری و سیستم خنک کننده را بررسی کنید و قطعات فرسوده و روغن روان کننده را به موقع تعویض کنید. این می تواند عملکرد پایدار ماشین آلات را تضمین کرده و وقوع نوسان را کاهش دهد.
در نتیجه، حذف نوسان ماشین‌های ابزار CNC نیازمند بررسی جامع عوامل مکانیکی و الکتریکی است. با تنظیم منطقی پارامترهای سیستم سروو، اتخاذ تابع حذف فرکانس بالا، بهینه‌سازی ساختار مکانیکی، بهبود قابلیت ضد تداخل سیستم کنترل و انجام تعمیر و نگهداری منظم، می‌توان وقوع نوسان را به طور مؤثر کاهش داد و دقت ماشینکاری و پایداری ماشین ابزار را بهبود بخشید.