A CNC szervohajtásrendszerben a motor tehetetlenségi nyomatékának és a terhelésnek az összeegyeztetése elengedhetetlen az optimális teljesítmény eléréséhez. CNC szervohajtások szállítójaként saját bőrömön tapasztaltam, hogy a tehetetlenségi nyomaték nem megfelelő illesztése mindenféle problémához vezethet, például gyenge pontossághoz, lassú válaszidőhöz, sőt a berendezés idő előtti elhasználódásához. Ebben a blogban megosztok néhány tippet a tehetetlenségi egyezés helyes kialakításához.
A tehetetlenség megértése
Először is beszéljünk arról, hogy mi az a tehetetlenség. A tehetetlenség alapvetően egy objektum ellenállása a mozgásállapot változásaival szemben. A CNC szervo hajtásrendszerrel összefüggésben a tehetetlenségi nyomaték két fő típusával van dolgunk: a motor tehetetlenségével és a terhelés tehetetlenségével. A motor tehetetlenségét fizikai jellemzői határozzák meg, például tömege és ennek a tömegnek a forgástengelye körüli eloszlása. A terhelés tehetetlensége viszont a motor által meghajtott dolog tömegétől és alakjától, valamint a motorhoz való csatlakozástól függ.
Miért számít a tehetetlenségi illesztés?
Ha a motor tehetetlensége és a terhelés jól illeszkedik, a szervo hajtásrendszer hatékonyabban tud működni. A motor zökkenőmentesen képes gyorsítani és lassítani a terhelést, ami jobb pozicionálási pontosságot és gyorsabb ciklusidőt jelent. Ha a terhelési tehetetlenség túl nagy a motor tehetetlenségéhez képest, a motor nehezen tudja mozgatni a terhelést gyorsan. Túlmelegedéshez, megnövekedett energiafogyasztáshoz és pontatlan pozicionáláshoz vezethet. A másik oldalon, ha a terhelési tehetetlenség túl kicsi, a motor túlléphet - felgyorsíthatja a terhelést, ami rezgéseket és instabilitást okoz a rendszerben.
Tehetetlenség számítása
A tehetetlenségi nyomaték párosítása előtt ki kell számítani a motor és a terhelés tehetetlenségét is. Az egyszerű formák, például hengerek vagy korongok esetében szabványos képletek vannak a tehetetlenség kiszámítására. Például a középső tengelye körül forgó tömör henger tehetetlenségét (I = \frac{1}{2}mr^{2}) adja meg, ahol (m) a tömeg és (r) a sugár.
Bonyolultabb terheléseknél előfordulhat, hogy a terhelést kisebb, egyszerűbb komponensekre kell bontani, és külön-külön ki kell számítani az egyes részek tehetetlenségét, majd összegezni kell őket. Néhány modern CNC szervo meghajtó, mint plDigitális szervo meghajtó, olyan beépített funkciókkal rendelkeznek, amelyek segíthetik a tehetetlenségi számításokat, vagy legalább útmutatást nyújtanak a bevitt rendszerparaméterek alapján.
A tehetetlenségi egyezés ökölszabályai
Általános szabály, hogy a 3:1 és 5:1 közötti terhelés-motor tehetetlenségi arányra törekedjünk. Ez az arány jó egyensúlyt biztosít a motor terhelésszabályozási képessége és a rendszer általános teljesítménye között. Ez azonban nem egy kemény és gyors szabály. Egyes alkalmazásokban, például a nagy pontosságú pozicionálási feladatoknál, alacsonyabb arányra, például 1:1-re vagy 2:1-re lehet szükség a maximális pontosság biztosítása érdekében. Más esetekben, ahol a sebesség fontosabb, mint a pontosság, valamivel magasabb arány is elfogadható.
Sebességváltók és tengelykapcsolók használata
A sebességváltók és tengelykapcsolók hasznos eszközei lehetnek a tehetetlenségi nyomaték egyeztetésének. A sebességváltó megváltoztathatja a terhelés effektív tehetetlenségét a motor által. A megfelelő áttétel kiválasztásával csökkentheti a terhelési tehetetlenséget, ahogy az a motornak látszik, így a motor könnyebben irányítható. Például, ha nagy a tehetetlenségi nyomatéka, akkor a fokozatmentes áttételű hajtómű használata csökkentheti a terhelési tehetetlenséget a motor tengelyén.
A tengelykapcsolók is szerepet játszanak. Gondosan kell kiválasztani őket, hogy biztosítsák a nyomaték átvitelét a motorról a terhelésre anélkül, hogy további vibrációt vagy rugalmasságot okoznának, ami befolyásolhatja a tehetetlenségi nyomaték illeszkedését. Egyes fejlett tengelykapcsolókat úgy tervezték, hogy csillapítsák a rezgéseket, és merevebb kapcsolatot biztosítsanak a motor és a terhelés között, ami előnyös a megfelelő tehetetlenségi egyezés fenntartásához.
A szervohajtás hangolása
Miután a lehető legjobban összehangolta a motort és a terhelési tehetetlenséget, be kell hangolnia a szervohajtást. A szervohajtás vezérli a motor működését, a megfelelő hangolás elengedhetetlen a kívánt teljesítmény eléréséhez. A legtöbb modern szervo meghajtó, mint plCANopen szervo meghajtó, számos hangolási paraméterrel rendelkezik, amelyeket beállíthat.
Ezek a paraméterek olyan dolgokat tartalmaznak, mint az erősítési beállítások, a gyorsítási és lassítási idők és a sebességhurkok. Ezen beállítások módosításával finomhangolhatja a motor reakcióját a terhelésre. Például a pozícióerősítés növelése javíthatja a motor azon képességét, hogy pontosan kövesse a kívánt pozíciót, de a túl nagy erősítés a rendszer instabillá válását okozhatja.
Valós világi példák
Tegyük fel, hogy egy CNC marógépen dolgozik. Az orsó a terhelés, amelynek tömege és az eléréséhez szükséges nagy fordulatszámú forgása miatt viszonylag nagy a tehetetlensége. Ki kell választani egy megfelelő tehetetlenségi nyomatékú motort, majd szükség esetén sebességváltót kell használni a megfelelő tehetetlenségi viszony eléréséhez. Ezt követően be kell hangolni a szervohajtást, hogy az orsó zökkenőmentesen tudjon indulni, leállni és a fordulatszámot zökkenőmentesen változtassa a marási folyamat során.
Egy másik példa lehet egy pick - and - place robot. A robotkar a terhelés, és tehetetlensége a kar helyzetétől és az általa szállított tárgy súlyától függően változik. Ebben az esetben szükség lehet egy dinamikusabb megközelítésre a tehetetlenségi illesztéshez. Használhat egy szervo meghajtót fejlett vezérlő algoritmusokkal, mint plSzervo hajtás helyzetszabályozással, amely valós időben képes alkalmazkodni a változó terhelési tehetetlenséghez.
Következtetés
A motor tehetetlenségének és terhelésének összehangolása egy CNC szervohajtásrendszerben többlépcsős folyamat, amely gondos számítást, a megfelelő alkatrészek kiválasztását és megfelelő hangolást igényel. Ez nem mindig egyszerű, de a megfelelő megoldással óriási változást hozhat a CNC-berendezések teljesítményében és élettartamában.
Ha CNC szervohajtást keres, vagy tanácsra van szüksége a tehetetlenségi nyomaték illesztésével kapcsolatban az adott alkalmazáshoz, ne habozzon kapcsolatba lépni. Azért vagyunk itt, hogy segítsünk megtalálni a legjobb megoldásokat az Ön igényeinek, és biztosítsuk, hogy CNC rendszere a lehető legjobban működjön.
Hivatkozások
- "Motion Control Handbook" Peter Nachtweytől
- Különféle műszaki dokumentumok szervohajtás gyártóktól