שיטות לביטול תנודות של מכונות CNC
מכונות CNC ממלאות תפקיד חשוב בייצור התעשייתי המודרני. עם זאת, בעיית התנודות מטרידה לעתים קרובות מפעילים ויצרנים. הסיבות לתנודות של מכונות CNC הן מורכבות יחסית. בנוסף לגורמים רבים כגון פערים בלתי ניתנים להסרה בתמסורת, עיוות אלסטי והתנגדות חיכוך בהיבט המכני, גם השפעת הפרמטרים הרלוונטיים של מערכת הסרוו היא היבט חשוב. כעת, יצרן מכונות CNC יציג בפירוט את השיטות לביטול התנודות של מכונות CNC.
א. הפחתת הגבר לולאת המיקום
בקר ה-PID הפרופורציונלי-אינטגרלי-נגזר הוא בקר רב-תכליתי הממלא תפקיד מכריע בכלי מכונות CNC. הוא יכול לא רק לבצע ביעילות הגבר פרופורציונלי על אותות זרם ומתח, אלא גם להתאים את בעיית ההשהיה או ההובלה של אות המוצא. תקלות תנודה מתרחשות לעיתים עקב השהיה או הובלה של זרם ומתח המוצא. בשלב זה, ניתן להשתמש ב-PID כדי להתאים את הפאזה של זרם ומתח המוצא.
הגבר לולאת המיקום הוא פרמטר מפתח במערכת הבקרה של מכונות CNC. כאשר הגבר לולאת המיקום גבוה מדי, המערכת רגישה יתר על המידה לשגיאות מיקום ונוטה לגרום לתנודות. הפחתת הגבר לולאת המיקום יכולה להפחית את מהירות התגובה של המערכת ובכך להפחית את האפשרות לתנודות.
בעת כוונון הגבר לולאת המיקום, יש להגדיר אותו באופן סביר בהתאם לדגם המכונה הספציפי ולדרישות העיבוד. באופן כללי, ניתן להפחית את הגבר לולאת המיקום תחילה לרמה נמוכה יחסית, ולאחר מכן להגדיל אותו בהדרגה תוך התבוננות בפעולת המכונה עד למציאת ערך אופטימלי שיכול לעמוד בדרישות דיוק העיבוד ולמנוע תנודות.
בקר ה-PID הפרופורציונלי-אינטגרלי-נגזר הוא בקר רב-תכליתי הממלא תפקיד מכריע בכלי מכונות CNC. הוא יכול לא רק לבצע ביעילות הגבר פרופורציונלי על אותות זרם ומתח, אלא גם להתאים את בעיית ההשהיה או ההובלה של אות המוצא. תקלות תנודה מתרחשות לעיתים עקב השהיה או הובלה של זרם ומתח המוצא. בשלב זה, ניתן להשתמש ב-PID כדי להתאים את הפאזה של זרם ומתח המוצא.
הגבר לולאת המיקום הוא פרמטר מפתח במערכת הבקרה של מכונות CNC. כאשר הגבר לולאת המיקום גבוה מדי, המערכת רגישה יתר על המידה לשגיאות מיקום ונוטה לגרום לתנודות. הפחתת הגבר לולאת המיקום יכולה להפחית את מהירות התגובה של המערכת ובכך להפחית את האפשרות לתנודות.
בעת כוונון הגבר לולאת המיקום, יש להגדיר אותו באופן סביר בהתאם לדגם המכונה הספציפי ולדרישות העיבוד. באופן כללי, ניתן להפחית את הגבר לולאת המיקום תחילה לרמה נמוכה יחסית, ולאחר מכן להגדיל אותו בהדרגה תוך התבוננות בפעולת המכונה עד למציאת ערך אופטימלי שיכול לעמוד בדרישות דיוק העיבוד ולמנוע תנודות.
II. כוונון פרמטרים של מערכת סרוו בלולאה סגורה
מערכת סרוו חצי-סגורה
חלק ממערכות הסרוו של CNC משתמשות בהתקני לולאה סגורה למחצה. בעת כוונון מערכת הסרוו בלולאה סגורה למחצה, יש לוודא שהמערכת המקומית בלולאה סגורה למחצה לא תתנדנד. מכיוון שמערכת הסרוו בלולאה סגורה מלאה מבצעת כוונון פרמטרים בהנחה שמערכת הלולאה הסגורה למחצה המקומית שלה יציבה, שתיהן דומות בשיטות הכוונון.
מערכת סרוו בלולאה סגורה למחצה מזינה בעקיפין את מידע המיקום של המכונה על ידי זיהוי זווית הסיבוב או מהירות המנוע. בעת כוונון הפרמטרים, יש לשים לב להיבטים הבאים:
(1) פרמטרים של לולאת מהירות: להגדרות של הגבר לולאת מהירות וקבוע הזמן האינטגרלי יש השפעה רבה על היציבות ומהירות התגובה של המערכת. הגבר לולאת מהירות גבוה מדי יוביל לתגובת מערכת מהירה מדי ונוטה ליצירת תנודות; בעוד שקבוע זמן אינטגרלי ארוך מדי יאט את תגובת המערכת ויפגע ביעילות העיבוד.
(2) פרמטרי לולאת מיקום: כוונון פרמטרי הגבר של לולאת המיקום והמסנן יכול לשפר את דיוק המיקום ואת יציבות המערכת. הגבר גבוה מדי של לולאת המיקום יגרום לתנודה, והמסנן יכול לסנן רעש בתדר גבוה באות המשוב ולשפר את יציבות המערכת.
מערכת סרוו בלולאה סגורה מלאה
מערכת סרוו בלולאה סגורה מלאה מממשת בקרת מיקום מדויקת על ידי זיהוי ישיר של המיקום בפועל של המכונה. בעת כוונון מערכת סרוו בלולאה סגורה מלאה, יש לבחור פרמטרים בקפידה רבה יותר כדי להבטיח את יציבות המערכת ודיוקה.
כוונון הפרמטרים של מערכת סרוו בלולאה סגורה מלאה כולל בעיקר את ההיבטים הבאים:
(1) הגבר בלולאת מיקום: בדומה למערכת בלולאה סגורה למחצה, הגבר בלולאת מיקום גבוה מדי יוביל לתנודה. עם זאת, מכיוון שמערכת בלולאה סגורה מלאה מזהה שגיאות מיקום בצורה מדויקת יותר, ניתן להגדיר את הגבר בלולאת המיקום גבוה יחסית כדי לשפר את דיוק המיקום של המערכת.
(2) פרמטרים של לולאת המהירות: יש להתאים את הגדרות הגבר לולאת המהירות וקבוע הזמן האינטגרלי בהתאם למאפיינים הדינמיים ולדרישות העיבוד של המכונה. באופן כללי, ניתן להגדיר את הגבר לולאת המהירות מעט גבוה יותר מזה של מערכת לולאה סגורה למחצה כדי לשפר את מהירות התגובה של המערכת.
(3) פרמטרי סינון: מערכת בלולאה סגורה מלאה רגישה יותר לרעש באות המשוב, לכן יש להגדיר פרמטרי סינון מתאימים כדי לסנן רעש. יש להתאים את סוג ובחירת הפרמטרים של המסנן בהתאם לתרחיש היישום הספציפי.
מערכת סרוו חצי-סגורה
חלק ממערכות הסרוו של CNC משתמשות בהתקני לולאה סגורה למחצה. בעת כוונון מערכת הסרוו בלולאה סגורה למחצה, יש לוודא שהמערכת המקומית בלולאה סגורה למחצה לא תתנדנד. מכיוון שמערכת הסרוו בלולאה סגורה מלאה מבצעת כוונון פרמטרים בהנחה שמערכת הלולאה הסגורה למחצה המקומית שלה יציבה, שתיהן דומות בשיטות הכוונון.
מערכת סרוו בלולאה סגורה למחצה מזינה בעקיפין את מידע המיקום של המכונה על ידי זיהוי זווית הסיבוב או מהירות המנוע. בעת כוונון הפרמטרים, יש לשים לב להיבטים הבאים:
(1) פרמטרים של לולאת מהירות: להגדרות של הגבר לולאת מהירות וקבוע הזמן האינטגרלי יש השפעה רבה על היציבות ומהירות התגובה של המערכת. הגבר לולאת מהירות גבוה מדי יוביל לתגובת מערכת מהירה מדי ונוטה ליצירת תנודות; בעוד שקבוע זמן אינטגרלי ארוך מדי יאט את תגובת המערכת ויפגע ביעילות העיבוד.
(2) פרמטרי לולאת מיקום: כוונון פרמטרי הגבר של לולאת המיקום והמסנן יכול לשפר את דיוק המיקום ואת יציבות המערכת. הגבר גבוה מדי של לולאת המיקום יגרום לתנודה, והמסנן יכול לסנן רעש בתדר גבוה באות המשוב ולשפר את יציבות המערכת.
מערכת סרוו בלולאה סגורה מלאה
מערכת סרוו בלולאה סגורה מלאה מממשת בקרת מיקום מדויקת על ידי זיהוי ישיר של המיקום בפועל של המכונה. בעת כוונון מערכת סרוו בלולאה סגורה מלאה, יש לבחור פרמטרים בקפידה רבה יותר כדי להבטיח את יציבות המערכת ודיוקה.
כוונון הפרמטרים של מערכת סרוו בלולאה סגורה מלאה כולל בעיקר את ההיבטים הבאים:
(1) הגבר בלולאת מיקום: בדומה למערכת בלולאה סגורה למחצה, הגבר בלולאת מיקום גבוה מדי יוביל לתנודה. עם זאת, מכיוון שמערכת בלולאה סגורה מלאה מזהה שגיאות מיקום בצורה מדויקת יותר, ניתן להגדיר את הגבר בלולאת המיקום גבוה יחסית כדי לשפר את דיוק המיקום של המערכת.
(2) פרמטרים של לולאת המהירות: יש להתאים את הגדרות הגבר לולאת המהירות וקבוע הזמן האינטגרלי בהתאם למאפיינים הדינמיים ולדרישות העיבוד של המכונה. באופן כללי, ניתן להגדיר את הגבר לולאת המהירות מעט גבוה יותר מזה של מערכת לולאה סגורה למחצה כדי לשפר את מהירות התגובה של המערכת.
(3) פרמטרי סינון: מערכת בלולאה סגורה מלאה רגישה יותר לרעש באות המשוב, לכן יש להגדיר פרמטרי סינון מתאימים כדי לסנן רעש. יש להתאים את סוג ובחירת הפרמטרים של המסנן בהתאם לתרחיש היישום הספציפי.
ג. אימוץ פונקציית דיכוי בתדר גבוה
הדיון לעיל עוסק בשיטת אופטימיזציית הפרמטרים עבור תנודות בתדר נמוך. לעיתים, מערכת ה-CNC של מכונות CNC תייצר אותות משוב המכילים הרמוניות בתדר גבוה עקב סיבות תנודה מסוימות בחלק המכני, מה שגורם למומנט המוצא לא להיות קבוע וכך יוצר רעידות. עבור מצב תנודות בתדר גבוה זה, ניתן להוסיף קישור סינון מעביר נמוכים מסדר ראשון ללולאת המהירות, שהוא מסנן המומנט.
מסנן המומנט יכול לסנן ביעילות הרמוניות בתדר גבוה מאות המשוב, מה שהופך את מומנט המוצא ליציב יותר ובכך להפחית את הרעידות. בעת בחירת הפרמטרים של מסנן המומנט, יש לקחת בחשבון את הגורמים הבאים:
(1) תדר חיתוך: תדר החיתוך קובע את מידת ההנחתה של המסנן לאותות בתדר גבוה. תדר חיתוך נמוך מדי ישפיע על מהירות התגובה של המערכת, בעוד שתדר חיתוך גבוה מדי לא יוכל לסנן ביעילות הרמוניות בתדר גבוה.
(2) סוג מסנן: סוגי מסננים נפוצים כוללים מסנן Butterworth, מסנן Chebyshev וכו'. לסוגים שונים של מסננים יש מאפייני תגובת תדר שונים ויש לבחור אותם בהתאם לתרחיש היישום הספציפי.
(3) סדר סינון: ככל שסדר הסינון גבוה יותר, כך אפקט ההנחתה על אותות בתדר גבוה טוב יותר, אך בו זמנית, הדבר גם יגדיל את עומס החישוב של המערכת. בעת בחירת סדר הסינון, יש לקחת בחשבון את הביצועים ואת משאבי החישוב של המערכת באופן מקיף.
הדיון לעיל עוסק בשיטת אופטימיזציית הפרמטרים עבור תנודות בתדר נמוך. לעיתים, מערכת ה-CNC של מכונות CNC תייצר אותות משוב המכילים הרמוניות בתדר גבוה עקב סיבות תנודה מסוימות בחלק המכני, מה שגורם למומנט המוצא לא להיות קבוע וכך יוצר רעידות. עבור מצב תנודות בתדר גבוה זה, ניתן להוסיף קישור סינון מעביר נמוכים מסדר ראשון ללולאת המהירות, שהוא מסנן המומנט.
מסנן המומנט יכול לסנן ביעילות הרמוניות בתדר גבוה מאות המשוב, מה שהופך את מומנט המוצא ליציב יותר ובכך להפחית את הרעידות. בעת בחירת הפרמטרים של מסנן המומנט, יש לקחת בחשבון את הגורמים הבאים:
(1) תדר חיתוך: תדר החיתוך קובע את מידת ההנחתה של המסנן לאותות בתדר גבוה. תדר חיתוך נמוך מדי ישפיע על מהירות התגובה של המערכת, בעוד שתדר חיתוך גבוה מדי לא יוכל לסנן ביעילות הרמוניות בתדר גבוה.
(2) סוג מסנן: סוגי מסננים נפוצים כוללים מסנן Butterworth, מסנן Chebyshev וכו'. לסוגים שונים של מסננים יש מאפייני תגובת תדר שונים ויש לבחור אותם בהתאם לתרחיש היישום הספציפי.
(3) סדר סינון: ככל שסדר הסינון גבוה יותר, כך אפקט ההנחתה על אותות בתדר גבוה טוב יותר, אך בו זמנית, הדבר גם יגדיל את עומס החישוב של המערכת. בעת בחירת סדר הסינון, יש לקחת בחשבון את הביצועים ואת משאבי החישוב של המערכת באופן מקיף.
בנוסף, על מנת למנוע עוד יותר את התנודות של כלי מכונות CNC, ניתן לנקוט גם באמצעים הבאים:
אופטימיזציה של המבנה המכני
בדקו את החלקים המכניים של המכונה, כגון מסילות מובילות, ברגי מוביל, מיסבים וכו', כדי לוודא שדיוק ההתקנה ומרווח ההתאמה שלהם עומדים בדרישות. עבור חלקים שחוקים מאוד, יש להחליף או לתקן אותם בזמן. במקביל, יש להתאים באופן סביר את משקל הנגד ואת האיזון של המכונה כדי להפחית את יצירת הרטט המכני.
שפר את יכולת מניעת ההתערבות של מערכת הבקרה
מערכת הבקרה של מכונות CNC מושפעת בקלות מהפרעות חיצוניות, כגון הפרעות אלקטרומגנטיות, תנודות מתח וכו'. על מנת לשפר את יכולת מניעת ההפרעות של מערכת הבקרה, ניתן לנקוט באמצעים הבאים:
(1) יש לאמץ כבלים מוגנים ואמצעי הארקה כדי להפחית את השפעת ההפרעות האלקטרומגנטיות.
(2) התקן מסנני חשמל כדי לייצב את מתח אספקת החשמל.
(3) אופטימיזציה של אלגוריתם התוכנה של מערכת הבקרה כדי לשפר את ביצועי מניעת ההפרעות של המערכת.
תחזוקה ותחזוקה שוטפים
בצעו תחזוקה ותחזוקה באופן קבוע של מכונות CNC, נקו חלקים שונים של המכונה, בדקו את תנאי העבודה של מערכת הסיכה ומערכת הקירור, והחליפו חלקים שחוקים ושמן סיכה בזמן. זה יכול להבטיח את ביצועי המכונה היציבים ולהפחית את התרחשות התנודות.
אופטימיזציה של המבנה המכני
בדקו את החלקים המכניים של המכונה, כגון מסילות מובילות, ברגי מוביל, מיסבים וכו', כדי לוודא שדיוק ההתקנה ומרווח ההתאמה שלהם עומדים בדרישות. עבור חלקים שחוקים מאוד, יש להחליף או לתקן אותם בזמן. במקביל, יש להתאים באופן סביר את משקל הנגד ואת האיזון של המכונה כדי להפחית את יצירת הרטט המכני.
שפר את יכולת מניעת ההתערבות של מערכת הבקרה
מערכת הבקרה של מכונות CNC מושפעת בקלות מהפרעות חיצוניות, כגון הפרעות אלקטרומגנטיות, תנודות מתח וכו'. על מנת לשפר את יכולת מניעת ההפרעות של מערכת הבקרה, ניתן לנקוט באמצעים הבאים:
(1) יש לאמץ כבלים מוגנים ואמצעי הארקה כדי להפחית את השפעת ההפרעות האלקטרומגנטיות.
(2) התקן מסנני חשמל כדי לייצב את מתח אספקת החשמל.
(3) אופטימיזציה של אלגוריתם התוכנה של מערכת הבקרה כדי לשפר את ביצועי מניעת ההפרעות של המערכת.
תחזוקה ותחזוקה שוטפים
בצעו תחזוקה ותחזוקה באופן קבוע של מכונות CNC, נקו חלקים שונים של המכונה, בדקו את תנאי העבודה של מערכת הסיכה ומערכת הקירור, והחליפו חלקים שחוקים ושמן סיכה בזמן. זה יכול להבטיח את ביצועי המכונה היציבים ולהפחית את התרחשות התנודות.
לסיכום, ביטול התנודות של מכונות CNC דורש התחשבות מקיפה בגורמים מכניים וחשמליים. על ידי כוונון סביר של הפרמטרים של מערכת הסרוו, אימוץ פונקציית דיכוי בתדר גבוה, אופטימיזציה של המבנה המכני, שיפור יכולת מניעת ההפרעות של מערכת הבקרה וביצוע תחזוקה ותחזוקה שוטפים, ניתן להפחית ביעילות את התרחשות התנודות ולשפר את דיוק העיבוד והיציבות של המכונה.