《CNC 공작기계의 진동 제거 방법》
CNC 공작 기계는 현대 산업 생산에서 중요한 역할을 합니다. 그러나 진동 문제는 작업자와 제조업체를 종종 괴롭힙니다. CNC 공작 기계의 진동 원인은 비교적 복잡합니다. 제거 불가능한 전달 간격, 탄성 변형, 기계적 마찰 저항과 같은 여러 요인 외에도 서보 시스템의 관련 매개변수의 영향 또한 중요한 요소입니다. 이제 CNC 공작 기계 제조업체에서 CNC 공작 기계의 진동을 제거하는 방법을 자세히 소개합니다.
I. 위치 루프 이득 감소
비례-적분-미분 제어기는 CNC 공작 기계에서 중요한 역할을 하는 다기능 제어기입니다. 전류 및 전압 신호에 대한 비례 이득을 효과적으로 제어할 뿐만 아니라 출력 신호의 지연 또는 진상 문제를 조정할 수 있습니다. 출력 전류 및 전압의 지연 또는 진상으로 인해 발진 오류가 발생하는 경우가 있습니다. 이 경우 PID를 사용하여 출력 전류 및 전압의 위상을 조정할 수 있습니다.
위치 루프 게인은 CNC 공작기계 제어 시스템의 핵심 매개변수입니다. 위치 루프 게인이 너무 높으면 시스템이 위치 오차에 지나치게 민감해져 진동을 유발하기 쉽습니다. 위치 루프 게인을 낮추면 시스템의 응답 속도가 느려져 진동 발생 가능성을 줄일 수 있습니다.
위치 루프 게인을 조정할 때는 특정 공작 기계 모델 및 가공 요구 사항에 따라 합리적으로 설정해야 합니다. 일반적으로 위치 루프 게인은 먼저 비교적 낮은 수준으로 낮춘 후, 공작 기계의 작동을 관찰하면서 가공 정확도 요구 사항을 충족하고 진동을 방지할 수 있는 최적의 값을 찾을 때까지 점진적으로 증가시킬 수 있습니다.
비례-적분-미분 제어기는 CNC 공작 기계에서 중요한 역할을 하는 다기능 제어기입니다. 전류 및 전압 신호에 대한 비례 이득을 효과적으로 제어할 뿐만 아니라 출력 신호의 지연 또는 진상 문제를 조정할 수 있습니다. 출력 전류 및 전압의 지연 또는 진상으로 인해 발진 오류가 발생하는 경우가 있습니다. 이 경우 PID를 사용하여 출력 전류 및 전압의 위상을 조정할 수 있습니다.
위치 루프 게인은 CNC 공작기계 제어 시스템의 핵심 매개변수입니다. 위치 루프 게인이 너무 높으면 시스템이 위치 오차에 지나치게 민감해져 진동을 유발하기 쉽습니다. 위치 루프 게인을 낮추면 시스템의 응답 속도가 느려져 진동 발생 가능성을 줄일 수 있습니다.
위치 루프 게인을 조정할 때는 특정 공작 기계 모델 및 가공 요구 사항에 따라 합리적으로 설정해야 합니다. 일반적으로 위치 루프 게인은 먼저 비교적 낮은 수준으로 낮춘 후, 공작 기계의 작동을 관찰하면서 가공 정확도 요구 사항을 충족하고 진동을 방지할 수 있는 최적의 값을 찾을 때까지 점진적으로 증가시킬 수 있습니다.
II. 폐루프 서보 시스템의 파라미터 조정
반폐쇄루프 서보 시스템
일부 CNC 서보 시스템은 반폐쇄루프 장치를 사용합니다. 반폐쇄루프 서보 시스템을 조정할 때는 로컬 반폐쇄루프 시스템이 진동하지 않도록 해야 합니다. 완전폐쇄루프 서보 시스템은 로컬 반폐쇄루프 시스템이 안정적이라는 전제 하에 파라미터 조정을 수행하므로, 두 시스템의 조정 방식은 유사합니다.
반폐루프 서보 시스템은 모터의 회전 각도 또는 속도를 감지하여 공작 기계의 위치 정보를 간접적으로 피드백합니다. 파라미터를 조정할 때 다음 사항에 유의해야 합니다.
(1) 속도 루프 파라미터: 속도 루프 이득과 적분 시상수의 설정은 시스템의 안정성과 응답 속도에 큰 영향을 미칩니다. 속도 루프 이득이 너무 높으면 시스템 응답 속도가 너무 빨라지고 진동이 발생하기 쉽습니다. 반면 적분 시상수가 너무 길면 시스템 응답 속도가 느려지고 처리 효율에 영향을 미칩니다.
(2) 위치 루프 매개변수: 위치 루프 이득과 필터 매개변수를 조정하면 시스템의 위치 정확도와 안정성을 향상시킬 수 있습니다. 위치 루프 이득이 너무 높으면 진동이 발생하며, 필터는 피드백 신호의 고주파 노이즈를 필터링하여 시스템 안정성을 향상시킬 수 있습니다.
풀 클로즈드 루프 서보 시스템
풀 클로즈드 루프 서보 시스템은 공작기계의 실제 위치를 직접 감지하여 정확한 위치 제어를 구현합니다. 풀 클로즈드 루프 서보 시스템을 조정할 때는 시스템의 안정성과 정확성을 보장하기 위해 파라미터를 더욱 신중하게 선택해야 합니다.
완전폐쇄루프 서보 시스템의 매개변수 조정에는 주로 다음과 같은 측면이 포함됩니다.
(1) 위치 루프 이득: 반폐쇄루프 시스템과 마찬가지로 위치 루프 이득이 너무 높으면 진동이 발생합니다. 그러나 완전폐쇄루프 시스템은 위치 오차를 더 정확하게 감지하므로, 위치 루프 이득을 비교적 높게 설정하여 시스템의 위치 정확도를 향상시킬 수 있습니다.
(2) 속도 루프 파라미터: 속도 루프 게인과 적분 시정수 설정은 공작기계의 동적 특성 및 가공 요구 사항에 따라 조정해야 합니다. 일반적으로 속도 루프 게인은 반폐쇄 루프 시스템보다 약간 높게 설정하여 시스템의 응답 속도를 향상시킬 수 있습니다.
(3) 필터 매개변수: 완전 폐쇄 루프 시스템은 피드백 신호의 잡음에 더 민감하므로, 잡음을 걸러내기 위해 적절한 필터 매개변수를 설정해야 합니다. 필터의 종류와 매개변수 선택은 특정 적용 시나리오에 따라 조정해야 합니다.
반폐쇄루프 서보 시스템
일부 CNC 서보 시스템은 반폐쇄루프 장치를 사용합니다. 반폐쇄루프 서보 시스템을 조정할 때는 로컬 반폐쇄루프 시스템이 진동하지 않도록 해야 합니다. 완전폐쇄루프 서보 시스템은 로컬 반폐쇄루프 시스템이 안정적이라는 전제 하에 파라미터 조정을 수행하므로, 두 시스템의 조정 방식은 유사합니다.
반폐루프 서보 시스템은 모터의 회전 각도 또는 속도를 감지하여 공작 기계의 위치 정보를 간접적으로 피드백합니다. 파라미터를 조정할 때 다음 사항에 유의해야 합니다.
(1) 속도 루프 파라미터: 속도 루프 이득과 적분 시상수의 설정은 시스템의 안정성과 응답 속도에 큰 영향을 미칩니다. 속도 루프 이득이 너무 높으면 시스템 응답 속도가 너무 빨라지고 진동이 발생하기 쉽습니다. 반면 적분 시상수가 너무 길면 시스템 응답 속도가 느려지고 처리 효율에 영향을 미칩니다.
(2) 위치 루프 매개변수: 위치 루프 이득과 필터 매개변수를 조정하면 시스템의 위치 정확도와 안정성을 향상시킬 수 있습니다. 위치 루프 이득이 너무 높으면 진동이 발생하며, 필터는 피드백 신호의 고주파 노이즈를 필터링하여 시스템 안정성을 향상시킬 수 있습니다.
풀 클로즈드 루프 서보 시스템
풀 클로즈드 루프 서보 시스템은 공작기계의 실제 위치를 직접 감지하여 정확한 위치 제어를 구현합니다. 풀 클로즈드 루프 서보 시스템을 조정할 때는 시스템의 안정성과 정확성을 보장하기 위해 파라미터를 더욱 신중하게 선택해야 합니다.
완전폐쇄루프 서보 시스템의 매개변수 조정에는 주로 다음과 같은 측면이 포함됩니다.
(1) 위치 루프 이득: 반폐쇄루프 시스템과 마찬가지로 위치 루프 이득이 너무 높으면 진동이 발생합니다. 그러나 완전폐쇄루프 시스템은 위치 오차를 더 정확하게 감지하므로, 위치 루프 이득을 비교적 높게 설정하여 시스템의 위치 정확도를 향상시킬 수 있습니다.
(2) 속도 루프 파라미터: 속도 루프 게인과 적분 시정수 설정은 공작기계의 동적 특성 및 가공 요구 사항에 따라 조정해야 합니다. 일반적으로 속도 루프 게인은 반폐쇄 루프 시스템보다 약간 높게 설정하여 시스템의 응답 속도를 향상시킬 수 있습니다.
(3) 필터 매개변수: 완전 폐쇄 루프 시스템은 피드백 신호의 잡음에 더 민감하므로, 잡음을 걸러내기 위해 적절한 필터 매개변수를 설정해야 합니다. 필터의 종류와 매개변수 선택은 특정 적용 시나리오에 따라 조정해야 합니다.
III. 고주파 억제 기능 채택
위의 논의는 저주파 진동에 대한 매개변수 최적화 방법에 관한 것입니다. CNC 공작기계의 CNC 시스템은 기계 부품의 특정 진동 원인으로 인해 고주파 고조파를 포함하는 피드백 신호를 생성하는 경우가 있는데, 이는 출력 토크를 일정하게 유지하지 못하게 하여 진동을 발생시킵니다. 이러한 고주파 진동 상황에서는 속도 루프에 1차 저역 통과 필터링 링크인 토크 필터를 추가할 수 있습니다.
토크 필터는 피드백 신호의 고주파 고조파를 효과적으로 필터링하여 출력 토크를 더욱 안정적으로 만들고 진동을 줄여줍니다. 토크 필터의 매개변수를 선택할 때는 다음 요소를 고려해야 합니다.
(1) 차단 주파수: 차단 주파수는 고주파 신호에 대한 필터의 감쇠 정도를 결정합니다. 차단 주파수가 너무 낮으면 시스템의 응답 속도에 영향을 미치고, 너무 높으면 고주파 고조파를 효과적으로 필터링할 수 없습니다.
(2) 필터 유형: 일반적인 필터 유형에는 버터워스 필터, 체비셰프 필터 등이 있습니다. 다양한 유형의 필터는 서로 다른 주파수 응답 특성을 가지므로 특정 응용 프로그램 시나리오에 따라 선택해야 합니다.
(3) 필터 차수: 필터 차수가 높을수록 고주파 신호에 대한 감쇠 효과가 좋아지지만, 동시에 시스템의 계산 부담도 증가합니다. 필터 차수를 선택할 때는 시스템의 성능과 계산 자원을 종합적으로 고려해야 합니다.
위의 논의는 저주파 진동에 대한 매개변수 최적화 방법에 관한 것입니다. CNC 공작기계의 CNC 시스템은 기계 부품의 특정 진동 원인으로 인해 고주파 고조파를 포함하는 피드백 신호를 생성하는 경우가 있는데, 이는 출력 토크를 일정하게 유지하지 못하게 하여 진동을 발생시킵니다. 이러한 고주파 진동 상황에서는 속도 루프에 1차 저역 통과 필터링 링크인 토크 필터를 추가할 수 있습니다.
토크 필터는 피드백 신호의 고주파 고조파를 효과적으로 필터링하여 출력 토크를 더욱 안정적으로 만들고 진동을 줄여줍니다. 토크 필터의 매개변수를 선택할 때는 다음 요소를 고려해야 합니다.
(1) 차단 주파수: 차단 주파수는 고주파 신호에 대한 필터의 감쇠 정도를 결정합니다. 차단 주파수가 너무 낮으면 시스템의 응답 속도에 영향을 미치고, 너무 높으면 고주파 고조파를 효과적으로 필터링할 수 없습니다.
(2) 필터 유형: 일반적인 필터 유형에는 버터워스 필터, 체비셰프 필터 등이 있습니다. 다양한 유형의 필터는 서로 다른 주파수 응답 특성을 가지므로 특정 응용 프로그램 시나리오에 따라 선택해야 합니다.
(3) 필터 차수: 필터 차수가 높을수록 고주파 신호에 대한 감쇠 효과가 좋아지지만, 동시에 시스템의 계산 부담도 증가합니다. 필터 차수를 선택할 때는 시스템의 성능과 계산 자원을 종합적으로 고려해야 합니다.
또한 CNC 공작기계의 진동을 더욱 제거하기 위해 다음과 같은 조치를 취할 수도 있습니다.
기계 구조 최적화
가이드 레일, 리드 스크류, 베어링 등 공작기계의 기계 부품을 점검하여 설치 정확도와 끼워 맞춤 간극이 요구 사항을 충족하는지 확인하십시오. 심하게 마모된 부품은 적시에 교체하거나 수리하십시오. 동시에 공작기계의 균형추와 밸런스를 적절히 조정하여 기계적 진동 발생을 줄이십시오.
제어 시스템의 간섭 방지 능력 향상
CNC 공작기계의 제어 시스템은 전자파 간섭, 전력 변동 등 외부 간섭의 영향을 받기 쉽습니다. 제어 시스템의 간섭 방지 능력을 향상시키기 위해 다음과 같은 조치를 취할 수 있습니다.
(1) 전자파 간섭의 영향을 줄이기 위해 차폐 케이블과 접지 조치를 채택하세요.
(2) 전원공급 전압을 안정화하기 위해 전원필터를 설치한다.
(3) 제어 시스템의 소프트웨어 알고리즘을 최적화하여 시스템의 간섭방지 성능을 향상시킨다.
정기적인 유지관리 및 보수
CNC 공작기계의 정기적인 유지관리 및 보수를 수행하고, 공작기계의 각 부분을 청소하며, 윤활 시스템과 냉각 시스템의 작동 상태를 점검하고, 마모된 부품과 윤활유를 적시에 교체하십시오. 이를 통해 공작기계의 안정적인 성능을 보장하고 진동 발생을 줄일 수 있습니다.
기계 구조 최적화
가이드 레일, 리드 스크류, 베어링 등 공작기계의 기계 부품을 점검하여 설치 정확도와 끼워 맞춤 간극이 요구 사항을 충족하는지 확인하십시오. 심하게 마모된 부품은 적시에 교체하거나 수리하십시오. 동시에 공작기계의 균형추와 밸런스를 적절히 조정하여 기계적 진동 발생을 줄이십시오.
제어 시스템의 간섭 방지 능력 향상
CNC 공작기계의 제어 시스템은 전자파 간섭, 전력 변동 등 외부 간섭의 영향을 받기 쉽습니다. 제어 시스템의 간섭 방지 능력을 향상시키기 위해 다음과 같은 조치를 취할 수 있습니다.
(1) 전자파 간섭의 영향을 줄이기 위해 차폐 케이블과 접지 조치를 채택하세요.
(2) 전원공급 전압을 안정화하기 위해 전원필터를 설치한다.
(3) 제어 시스템의 소프트웨어 알고리즘을 최적화하여 시스템의 간섭방지 성능을 향상시킨다.
정기적인 유지관리 및 보수
CNC 공작기계의 정기적인 유지관리 및 보수를 수행하고, 공작기계의 각 부분을 청소하며, 윤활 시스템과 냉각 시스템의 작동 상태를 점검하고, 마모된 부품과 윤활유를 적시에 교체하십시오. 이를 통해 공작기계의 안정적인 성능을 보장하고 진동 발생을 줄일 수 있습니다.
결론적으로 CNC 공작기계의 진동을 제거하려면 기계적 및 전기적 요인을 종합적으로 고려해야 합니다. 서보 시스템의 파라미터를 합리적으로 조정하고, 고주파 억제 기능을 도입하고, 기계 구조를 최적화하고, 제어 시스템의 간섭 방지 성능을 향상시키고, 정기적인 유지 보수를 통해 진동 발생을 효과적으로 줄이고 공작기계의 가공 정밀도와 안정성을 향상시킬 수 있습니다.