《Metode untuk Menghilangkan Osilasi pada Mesin Perkakas CNC》
Perkakas mesin CNC memainkan peran penting dalam produksi industri modern. Namun, masalah osilasi seringkali mengganggu operator dan produsen. Penyebab osilasi pada perkakas mesin CNC relatif kompleks. Selain berbagai faktor seperti celah transmisi yang tidak dapat dilepas, deformasi elastis, dan hambatan gesek pada aspek mekanis, pengaruh parameter sistem servo yang relevan juga merupakan aspek penting. Kini, produsen perkakas mesin CNC akan menjelaskan secara rinci metode untuk mengatasi osilasi pada perkakas mesin CNC.
I. Mengurangi penguatan loop posisi
Pengontrol proporsional-integral-derivatif adalah pengontrol multifungsi yang memainkan peran penting dalam mesin perkakas CNC. Pengontrol ini tidak hanya dapat secara efektif melakukan penguatan proporsional pada sinyal arus dan tegangan, tetapi juga dapat menyesuaikan masalah lagging atau leading pada sinyal keluaran. Gangguan osilasi terkadang terjadi akibat lagging atau leading pada arus dan tegangan keluaran. Pada saat ini, PID dapat digunakan untuk menyesuaikan fase arus dan tegangan keluaran.
Penguatan loop posisi merupakan parameter kunci dalam sistem kontrol mesin perkakas CNC. Ketika penguatan loop posisi terlalu tinggi, sistem menjadi terlalu sensitif terhadap kesalahan posisi dan rentan menyebabkan osilasi. Mengurangi penguatan loop posisi dapat mengurangi kecepatan respons sistem dan dengan demikian mengurangi kemungkinan osilasi.
Saat menyetel penguatan loop posisi, pengaturannya perlu disesuaikan secara wajar dengan model mesin perkakas dan persyaratan pemrosesan spesifik. Secara umum, penguatan loop posisi dapat dikurangi ke tingkat yang relatif rendah terlebih dahulu, kemudian ditingkatkan secara bertahap sambil mengamati pengoperasian mesin perkakas hingga mencapai nilai optimal yang dapat memenuhi persyaratan akurasi pemrosesan dan menghindari osilasi.
Pengontrol proporsional-integral-derivatif adalah pengontrol multifungsi yang memainkan peran penting dalam mesin perkakas CNC. Pengontrol ini tidak hanya dapat secara efektif melakukan penguatan proporsional pada sinyal arus dan tegangan, tetapi juga dapat menyesuaikan masalah lagging atau leading pada sinyal keluaran. Gangguan osilasi terkadang terjadi akibat lagging atau leading pada arus dan tegangan keluaran. Pada saat ini, PID dapat digunakan untuk menyesuaikan fase arus dan tegangan keluaran.
Penguatan loop posisi merupakan parameter kunci dalam sistem kontrol mesin perkakas CNC. Ketika penguatan loop posisi terlalu tinggi, sistem menjadi terlalu sensitif terhadap kesalahan posisi dan rentan menyebabkan osilasi. Mengurangi penguatan loop posisi dapat mengurangi kecepatan respons sistem dan dengan demikian mengurangi kemungkinan osilasi.
Saat menyetel penguatan loop posisi, pengaturannya perlu disesuaikan secara wajar dengan model mesin perkakas dan persyaratan pemrosesan spesifik. Secara umum, penguatan loop posisi dapat dikurangi ke tingkat yang relatif rendah terlebih dahulu, kemudian ditingkatkan secara bertahap sambil mengamati pengoperasian mesin perkakas hingga mencapai nilai optimal yang dapat memenuhi persyaratan akurasi pemrosesan dan menghindari osilasi.
II. Penyesuaian parameter sistem servo loop tertutup
Sistem servo loop semi-tertutup
Beberapa sistem servo CNC menggunakan perangkat semi-loop tertutup. Saat menyetel sistem servo semi-loop tertutup, perlu dipastikan bahwa sistem semi-loop tertutup lokal tidak berosilasi. Karena sistem servo loop tertutup penuh melakukan penyetelan parameter dengan asumsi bahwa sistem semi-loop tertutup lokalnya stabil, keduanya memiliki metode penyetelan yang serupa.
Sistem servo semi-loop tertutup secara tidak langsung memberikan umpan balik informasi posisi mesin perkakas dengan mendeteksi sudut putaran atau kecepatan motor. Saat menyesuaikan parameter, hal-hal berikut perlu diperhatikan:
(1) Parameter loop kecepatan: Pengaturan penguatan loop kecepatan dan konstanta waktu integral sangat berpengaruh terhadap stabilitas dan kecepatan respons sistem. Penguatan loop kecepatan yang terlalu tinggi akan menyebabkan respons sistem terlalu cepat dan rentan terhadap osilasi; sedangkan konstanta waktu integral yang terlalu panjang akan memperlambat respons sistem dan memengaruhi efisiensi pemrosesan.
(2) Parameter loop posisi: Penyesuaian penguatan loop posisi dan parameter filter dapat meningkatkan akurasi posisi dan stabilitas sistem. Penguatan loop posisi yang terlalu tinggi akan menyebabkan osilasi, dan filter dapat menyaring derau frekuensi tinggi dalam sinyal umpan balik dan meningkatkan stabilitas sistem.
Sistem servo loop tertutup penuh
Sistem servo loop tertutup penuh mewujudkan kontrol posisi yang akurat dengan mendeteksi langsung posisi aktual mesin perkakas. Saat menyetel sistem servo loop tertutup penuh, parameter perlu dipilih dengan lebih cermat untuk memastikan stabilitas dan akurasi sistem.
Penyesuaian parameter sistem servo loop tertutup penuh terutama mencakup aspek-aspek berikut:
(1) Penguatan loop posisi: Mirip dengan sistem loop semi-tertutup, penguatan loop posisi yang terlalu tinggi akan menyebabkan osilasi. Namun, karena sistem loop tertutup penuh mendeteksi kesalahan posisi dengan lebih akurat, penguatan loop posisi dapat diatur relatif tinggi untuk meningkatkan akurasi posisi sistem.
(2) Parameter loop kecepatan: Pengaturan penguatan loop kecepatan dan konstanta waktu integral perlu disesuaikan dengan karakteristik dinamis dan kebutuhan pemrosesan mesin perkakas. Secara umum, penguatan loop kecepatan dapat diatur sedikit lebih tinggi daripada sistem loop semi-tertutup untuk meningkatkan kecepatan respons sistem.
(3) Parameter filter: Sistem loop tertutup penuh lebih sensitif terhadap derau dalam sinyal umpan balik, sehingga parameter filter yang tepat perlu diatur untuk menyaring derau. Jenis dan pemilihan parameter filter harus disesuaikan dengan skenario aplikasi spesifik.
Sistem servo loop semi-tertutup
Beberapa sistem servo CNC menggunakan perangkat semi-loop tertutup. Saat menyetel sistem servo semi-loop tertutup, perlu dipastikan bahwa sistem semi-loop tertutup lokal tidak berosilasi. Karena sistem servo loop tertutup penuh melakukan penyetelan parameter dengan asumsi bahwa sistem semi-loop tertutup lokalnya stabil, keduanya memiliki metode penyetelan yang serupa.
Sistem servo semi-loop tertutup secara tidak langsung memberikan umpan balik informasi posisi mesin perkakas dengan mendeteksi sudut putaran atau kecepatan motor. Saat menyesuaikan parameter, hal-hal berikut perlu diperhatikan:
(1) Parameter loop kecepatan: Pengaturan penguatan loop kecepatan dan konstanta waktu integral sangat berpengaruh terhadap stabilitas dan kecepatan respons sistem. Penguatan loop kecepatan yang terlalu tinggi akan menyebabkan respons sistem terlalu cepat dan rentan terhadap osilasi; sedangkan konstanta waktu integral yang terlalu panjang akan memperlambat respons sistem dan memengaruhi efisiensi pemrosesan.
(2) Parameter loop posisi: Penyesuaian penguatan loop posisi dan parameter filter dapat meningkatkan akurasi posisi dan stabilitas sistem. Penguatan loop posisi yang terlalu tinggi akan menyebabkan osilasi, dan filter dapat menyaring derau frekuensi tinggi dalam sinyal umpan balik dan meningkatkan stabilitas sistem.
Sistem servo loop tertutup penuh
Sistem servo loop tertutup penuh mewujudkan kontrol posisi yang akurat dengan mendeteksi langsung posisi aktual mesin perkakas. Saat menyetel sistem servo loop tertutup penuh, parameter perlu dipilih dengan lebih cermat untuk memastikan stabilitas dan akurasi sistem.
Penyesuaian parameter sistem servo loop tertutup penuh terutama mencakup aspek-aspek berikut:
(1) Penguatan loop posisi: Mirip dengan sistem loop semi-tertutup, penguatan loop posisi yang terlalu tinggi akan menyebabkan osilasi. Namun, karena sistem loop tertutup penuh mendeteksi kesalahan posisi dengan lebih akurat, penguatan loop posisi dapat diatur relatif tinggi untuk meningkatkan akurasi posisi sistem.
(2) Parameter loop kecepatan: Pengaturan penguatan loop kecepatan dan konstanta waktu integral perlu disesuaikan dengan karakteristik dinamis dan kebutuhan pemrosesan mesin perkakas. Secara umum, penguatan loop kecepatan dapat diatur sedikit lebih tinggi daripada sistem loop semi-tertutup untuk meningkatkan kecepatan respons sistem.
(3) Parameter filter: Sistem loop tertutup penuh lebih sensitif terhadap derau dalam sinyal umpan balik, sehingga parameter filter yang tepat perlu diatur untuk menyaring derau. Jenis dan pemilihan parameter filter harus disesuaikan dengan skenario aplikasi spesifik.
III. Mengadopsi fungsi penekanan frekuensi tinggi
Pembahasan di atas membahas metode optimasi parameter untuk osilasi frekuensi rendah. Terkadang, sistem CNC pada mesin perkakas CNC akan menghasilkan sinyal umpan balik yang mengandung harmonik frekuensi tinggi karena adanya osilasi tertentu pada komponen mekanis, yang menyebabkan torsi keluaran tidak konstan dan menghasilkan getaran. Untuk situasi osilasi frekuensi tinggi ini, tautan penyaringan lolos rendah orde pertama dapat ditambahkan ke loop kecepatan, yaitu filter torsi.
Filter torsi dapat secara efektif menyaring harmonisa frekuensi tinggi dalam sinyal umpan balik, sehingga torsi keluaran lebih stabil dan dengan demikian mengurangi getaran. Saat memilih parameter filter torsi, faktor-faktor berikut perlu dipertimbangkan:
(1) Frekuensi cutoff: Frekuensi cutoff menentukan tingkat atenuasi filter terhadap sinyal frekuensi tinggi. Frekuensi cutoff yang terlalu rendah akan memengaruhi kecepatan respons sistem, sementara frekuensi cutoff yang terlalu tinggi tidak akan mampu menyaring harmonisa frekuensi tinggi secara efektif.
(2) Jenis filter: Jenis filter umum termasuk filter Butterworth, filter Chebyshev, dll. Berbagai jenis filter memiliki karakteristik respons frekuensi yang berbeda dan perlu dipilih sesuai dengan skenario aplikasi tertentu.
(3) Urutan filter: Semakin tinggi urutan filter, semakin baik efek atenuasi pada sinyal frekuensi tinggi, tetapi pada saat yang sama, hal ini juga akan meningkatkan beban komputasi sistem. Saat memilih urutan filter, kinerja dan sumber daya komputasi sistem perlu dipertimbangkan secara komprehensif.
Pembahasan di atas membahas metode optimasi parameter untuk osilasi frekuensi rendah. Terkadang, sistem CNC pada mesin perkakas CNC akan menghasilkan sinyal umpan balik yang mengandung harmonik frekuensi tinggi karena adanya osilasi tertentu pada komponen mekanis, yang menyebabkan torsi keluaran tidak konstan dan menghasilkan getaran. Untuk situasi osilasi frekuensi tinggi ini, tautan penyaringan lolos rendah orde pertama dapat ditambahkan ke loop kecepatan, yaitu filter torsi.
Filter torsi dapat secara efektif menyaring harmonisa frekuensi tinggi dalam sinyal umpan balik, sehingga torsi keluaran lebih stabil dan dengan demikian mengurangi getaran. Saat memilih parameter filter torsi, faktor-faktor berikut perlu dipertimbangkan:
(1) Frekuensi cutoff: Frekuensi cutoff menentukan tingkat atenuasi filter terhadap sinyal frekuensi tinggi. Frekuensi cutoff yang terlalu rendah akan memengaruhi kecepatan respons sistem, sementara frekuensi cutoff yang terlalu tinggi tidak akan mampu menyaring harmonisa frekuensi tinggi secara efektif.
(2) Jenis filter: Jenis filter umum termasuk filter Butterworth, filter Chebyshev, dll. Berbagai jenis filter memiliki karakteristik respons frekuensi yang berbeda dan perlu dipilih sesuai dengan skenario aplikasi tertentu.
(3) Urutan filter: Semakin tinggi urutan filter, semakin baik efek atenuasi pada sinyal frekuensi tinggi, tetapi pada saat yang sama, hal ini juga akan meningkatkan beban komputasi sistem. Saat memilih urutan filter, kinerja dan sumber daya komputasi sistem perlu dipertimbangkan secara komprehensif.
Selain itu, untuk menghilangkan osilasi peralatan mesin CNC lebih lanjut, tindakan berikut juga dapat diambil:
Mengoptimalkan struktur mekanis
Periksa komponen mekanis mesin perkakas, seperti rel pemandu, sekrup pengarah, bantalan, dll., untuk memastikan keakuratan pemasangan dan kelonggaran pemasangannya memenuhi persyaratan. Untuk komponen yang sangat aus, ganti atau perbaiki tepat waktu. Pada saat yang sama, sesuaikan beban penyeimbang dan keseimbangan mesin perkakas secara wajar untuk mengurangi getaran mekanis.
Meningkatkan kemampuan anti-interferensi sistem kontrol
Sistem kendali mesin perkakas CNC mudah terpengaruh oleh gangguan eksternal, seperti interferensi elektromagnetik, fluktuasi daya, dan sebagainya. Untuk meningkatkan kemampuan anti-interferensi sistem kendali, langkah-langkah berikut dapat diambil:
(1) Mengadopsi kabel berpelindung dan tindakan pembumian untuk mengurangi pengaruh interferensi elektromagnetik.
(2) Pasang filter daya untuk menstabilkan tegangan catu daya.
(3) Mengoptimalkan algoritma perangkat lunak sistem kontrol untuk meningkatkan kinerja anti-interferensi sistem.
Perawatan dan pemeliharaan rutin
Lakukan perawatan dan pemeliharaan rutin pada mesin perkakas CNC, bersihkan berbagai komponen mesin perkakas, periksa kondisi kerja sistem pelumasan dan sistem pendingin, serta ganti komponen dan oli pelumas yang aus tepat waktu. Hal ini dapat memastikan kinerja mesin perkakas yang stabil dan mengurangi terjadinya osilasi.
Mengoptimalkan struktur mekanis
Periksa komponen mekanis mesin perkakas, seperti rel pemandu, sekrup pengarah, bantalan, dll., untuk memastikan keakuratan pemasangan dan kelonggaran pemasangannya memenuhi persyaratan. Untuk komponen yang sangat aus, ganti atau perbaiki tepat waktu. Pada saat yang sama, sesuaikan beban penyeimbang dan keseimbangan mesin perkakas secara wajar untuk mengurangi getaran mekanis.
Meningkatkan kemampuan anti-interferensi sistem kontrol
Sistem kendali mesin perkakas CNC mudah terpengaruh oleh gangguan eksternal, seperti interferensi elektromagnetik, fluktuasi daya, dan sebagainya. Untuk meningkatkan kemampuan anti-interferensi sistem kendali, langkah-langkah berikut dapat diambil:
(1) Mengadopsi kabel berpelindung dan tindakan pembumian untuk mengurangi pengaruh interferensi elektromagnetik.
(2) Pasang filter daya untuk menstabilkan tegangan catu daya.
(3) Mengoptimalkan algoritma perangkat lunak sistem kontrol untuk meningkatkan kinerja anti-interferensi sistem.
Perawatan dan pemeliharaan rutin
Lakukan perawatan dan pemeliharaan rutin pada mesin perkakas CNC, bersihkan berbagai komponen mesin perkakas, periksa kondisi kerja sistem pelumasan dan sistem pendingin, serta ganti komponen dan oli pelumas yang aus tepat waktu. Hal ini dapat memastikan kinerja mesin perkakas yang stabil dan mengurangi terjadinya osilasi.
Kesimpulannya, menghilangkan osilasi pada mesin perkakas CNC memerlukan pertimbangan faktor mekanis dan elektrik yang komprehensif. Dengan menyesuaikan parameter sistem servo secara wajar, menerapkan fungsi peredam frekuensi tinggi, mengoptimalkan struktur mekanis, meningkatkan kemampuan anti-interferensi sistem kontrol, serta melakukan perawatan dan pemeliharaan rutin, osilasi dapat dikurangi secara efektif dan akurasi serta stabilitas pemesinan mesin perkakas dapat ditingkatkan.