Өндөр дамжуулалтын давтамжтай серво хүчлүүрүүдийн ултрапрецизион гэртний CNC боловсруулалтад хэрэглээ

Яагаад өндөр дамжуулалтын давтамж өндөр хурдны өндөр нарийн серво ажиллагааг хангаж чаддаг вэ?

Десктоп CNC системүүдэд микрон бүхэл тооноос бага байршлын бодлого

Бүртгэгч CNC системийг микроноос доош түвшинд ажиллахын тулд сүрдэл, температурын тогтвортой байдалтай холбоотой онцгой бэрхшээлүүд байдаг. Үйлдвэрлэлийн машин нь хөдөлгөөнд нөлөөлөх зориулалттай суурилд суудаг боловч тавилгатай машин нь эргэн тойрныхаа бүх төрлийн дуу чимээг даван туулахад бэлэн байдаг. Лабораторид, цехэд өдөр тутмын хөдөлгөөн нь машинны цогцолбордоос нэмэгдэж, хэн ч хүсэхгүйгээр байршуулал алдааг үүсгэдэг. Оптик шилэн, агаарын тээврийн зарим металл зэрэг материалуудтай ажиллахдаа жижиг алдаа ч маш чухал. Хагас микроны ялгаа нь бүхэл бүтэн эд ангиг эвдэхэд хангалттай. Дулаан нь өөр нэг нарийн төвөгтэй байдлыг нэмж өгдөг. Мотор хөдөлгөөнд орж, бөмбөгийн буудлыг эргэж байх үед тэд цаг хугацааны явцад микроны хэмжээнд хэмжээгээ өөрчилж байдаг. CIRP Annals сэтгүүлд нийтлэгдсэн судалгаагаар эдгээр доромжлох микроны доорх алдааны 60 орчим хувь нь жижиг системд дулааны урвалд ордог. Үүнийг зохицуулахад үйлдвэрлэгчид эдгээр микроскопийн өөрчлөлтөд дасан зохицож, хатуу, нарийвчилсан аргаар хурдан хөдөлгөөн хийх боломжтой серво хөдөлгүүр хэрэгтэй.

Хэрхэн 20 кГц-ийн дамжуулалт гүйдлийн хэлбэлзэл ба моментын хэлбэлзэлийг багасгах вэ

20 кГц-ээс дээш PWM давтамжтай ажилладаг серво хөдөлгүүрүүд нь урсгалын урсгалыг багасгаж, энэ нь үнэндээ нарийвчлалтай боловсруулах ажлын үеэр гадаргууг эвдэрдэг буцалт хөдөлгүүрний хөдөлгөөнд нөлөөлдөг юм. Өндөр давтамжийн шилжилт нь тухайн импульсын хооронд урсгалын интервал багасгах нь цахилгаан утасны талбайг тогтвортой байлгаж, хөдөлгүүрний үйл ажиллагааг илүү хэвийн болгодог. Хөдөлгөөний хяналтын лабораторид хийсэн туршилтаас харахад эдгээр системүүд 10 кГц-ээс доош үеийн хуучин системтэй харьцуулахад далд дугуйны давтамжийн хэлбэлзлийг 40% хүртэл бууруулж чадна. Энэ ялгаа нь 10 мкм-ээс доош хэмжээний жижигхэн микро-хурцтай холбоотой үед маш чухал болдог. Доош давтамжтай хөдөлгүүрүүд нь хүсээгүй механик сүрдэл, дуу чимээний асуудлыг үүсгэдэг. Силицийн карбидын (SiC) транзисторуудын ачаар үйлдвэрлэгчид тэр үедээ ихээхэн асуудал байсан шилжих алдагдлаас болж хэт их дулааны хуримтлалаас санаа зовохгүйн тулд эдгээр өндөр давтамж руу хүрч чадна. Эдгээр хурдан серво системийг талбайн чиглэсэн удирдлагын (FOC) технологитой хослуулбал, тэд янз бүрийн хурдны хувьд хагас хувиар ховор эргэлтийн тогтвортой байдлыг хадгалдаг. Маш төвөгтэй хэлбэр, хатуу дутагдалтай ажилладаг хэн нэгэнд энэ түвшин нь маш чухал юм. Хэрэв бид контурын үйл ажиллагааны үеэр цаг хугацааны явцад хуримтлагддаг сэтгэл дундуурдсан алхам алдааг зайлсхийхийг хүсвэл.

Хаалттай гүрвэлдүүр нарийнхан: Кодерийн итгэмж, хоцрогдол, хүрээний нарийнхан

Микро-хайчлалд хоцрогдолын үүсгэсэн хүрээний алдаа (<10 мкм алхам)

Чингэлтэй тоног төхөөрөмжүүдээс хэт нарийн байдлыг олж авах нь эргэн иргэний эргэлтийн эргэлт дээр бараг нөлөөгүй хоцролд хамаарахтай холбоотой. Хэрэв машинд байрлал мэдээллийн хугацаа 100 микросекунд гаруй хугацаа өнгөрөх бол багахан алхалт хийхэд оос нь эвгүйдэж эхэлнэ. Энэ нь 3D контурлах ажилд маш их асуудал болдог. Ингэхдээ хэрэгслийн замыг 10 мкм-ээс бага зайтай байлгах, бүх зүйл төгс хамт байх ёстой. NIST-д хийсэн зарим шалгалтаар системд 200 микросекунд хойшилсон үед титаний эд ангид 5 микроныг хэмжих контур алдаа үүссэн байна. Эдгээр асуудлыг шийдэхийн тулд үйлдвэрлэгчид одоо 50 микросекунд хүртэлх хугацааг багасгах өндөр хурдны серво хөдөлгүүрүүдийг ашигладаг. Эдгээр сайжруулалт нь ARM Cortex M7 хяналтын систем дээр ажилладаг, бодит цаг үед ажлуудыг гүйцэтгэдэг тусгай програм хангамжаас гаралтай. Ийм хурдан хариу үйлдэлгүй машин нь дулаан өөрчлөлт болон бусад хүчин зүйлээс үүдэлтэй жижиг алдааг хуримтлуулдаг бөгөөд энэ нь удаан хугацаагаар ажилласнаас хойш байршлын асуудал үүсдэг.

17 бит+ резольверууд vs. Соронзон кодировщик: Давтамжийн хүрээ–нарийн тодруулалтын хоорондын солилцоо

Кодировщик сонгох нь дэсктоп CNC системд тодорхойлж болох нарийн тодруулалтыг үндесэнд нь хязгаарлана. Гол солилцоонууд нь:

Хэлэлцүүлэгт нь гайхалтай өнцгийн үнэн зөв байдлаараа алдартай, ихэвчлэн нэг дугуй секундын доош байдаг боловч тэдгээр нь чиглэл хурдан өөрчлөгдөх үед үе шатны хоцролт үүсгэдэг, динамикийн контурны чанарыг эвдэрдэг дутагдалтай тэмцдэг. Харин магнитын коджуулагч нь илүү хурдан хариу үйлдэл үзүүлдэг. Энэ нь 5 огийн системд маш чухал зүйл. Гэхдээ тэд жинхэнэ микроноос доош давтагдашгүй байдлыг хангах шаардлагатай шийдэлд хүрэхгүй. Сайн мэдээ бол орчин үеийн салбарт чиглэсэн хяналтын систем энэ асуудлыг шийдэж эхэлж байна. Жишээ нь ODrive гэх мэт нээлттэй эх үүсвэрийн дискүүдийг авч үзье. Эдгээр системүүд нь кодерийн дугаар хоорондын дутагдлыг бүрдүүлэхэд ухаалаг дасан зохицох ажиглагчдыг ашигладаг. Үүний үр дүнд бага зэргийн техник хангамжтай ч гэсэн дахин давтагдах чадвар нь 0,3 мкм-ийн орчимд хүрдэг. Бид энд харж байгаа зүйл үнэхээр сонирхолтой. Өндөр үнээр үйлдвэрлэхэд илүү сайн алгоритм, бага хэмжээний дэлгүүрүүд, сонирхогчдад хүртээмжтэй болж байна.

Үнэнд үндэслэсэн өндөр хурдны, өндөр нарийн төвөгтэй серво удирдлага: Хөгжимт серво гэж нэрлэдэг бүх төрлийн хүчдэлд хүртэл

Бюджетийн хүчдэлд S-муйн хурдатгалын зөрүү

Олон тооны бюджетийн серво хүчдэлд үнэнд үндэслэсэн S-муйн хөдөлгөөний төлөвлөлт биш, араа трапецеид хурдатгалын профил ашигладаг. Түүн дээр тулгуурлан систем хөдөлж эхлэх юм уу зогсох үед шүүрхийн толгойн хүчдэл үүсгэдэг, мөн механик резонансыг сүйрүүлдэг, үүн дээр 5 микрометрт хүртэл хэлбэлзэл үүсгэдэг. Харин S-муйн хурдатгалд тусгайлан тохируулж хийгдсэн хүчдэлд хэлбэлзэл CIRP (Олон улсын үйлдвэрлэл инженерийн холбоо) -ийн туршилтын дагуу 0,8 микрометрт хүртэл буурдаг. Микро бүрдүүлэлт юм уу хатуу үнцгүүд дотор ажиллах үед ийнхүү хүчдэлд чухал утга маңдаж, хэрэгсэл хазайх үед бүтээдгийн нарийн хэмжээс хамаардаг. Зөв S-муйн удирдлага орчинд тусгай замын төлөвлөлтийн процессорууд шаардлагатай, гэтэдүүр үүнийг бид одоо хүртэл хямд контроллеруудад хараахан харахгүйн учир нь нэмэлт бүтээдгийн хүч, нэмэлт хийгдмүүр шаардлагатай.

Талбарт чиглүүлсэн хяналт (FOC) ARM-дүүрэмдсэн хөдөлгүүрүүдэд (жишээ нь, ODrive v3.6)

ARM Cortex-M4 ба M7 микроконтроллерүүд нын үед $200-аас бүүр хямд серво драйвүүдэд тогтвортой Оройн Чиглэлт Хяналт (FOC) технологийг хэрэгжүүлэх боломжийг олгож байна. FOC-ийн ийн үр дүнтэй бөлшүүр нь момента ба урсгалын хяналтыг тусгаарлахад оршит, үүн дүнд өндөр хурдны үед илүү гладкий ажиллах чадвар үүсдэг, мөн ажиллах үед тааламжгүй саадуудыг илүү сайн зохицуулдэг. Жишээ нь, нээлттэй кодтой төсөл ODrive v3.6-ийн таталцан зохиолдож буй загварыг үзэж болно: түүн дээр гүйдлийн хүртэмжийн хурд 100 килогерц хүртэл хүрдэг, мөн 3000 оборот минут хүртэл момента шугаман хамаарлын нарийн төвөгтэй бүрдүүлэлт 90 хувь хадгалдэг. Түүнчлэн, үйлдвэрлэлд зориулт FOC системүүд нь автомат тохируулалт, ачаалалд адаптацийн чадварын хувьд дохио үлдмүүр хүртэл хүрдэг. Жишээ нь, түүн дээр алюминий ба хатуу мод зэрэг хоёр материалдын инертностьн харьцаа 10:1 хүртэл өөрчлөгдөж байх үед ямар нь ч дахин тохируулалт шаардахгүй. Гэтэд, ARM суурьт орчин үеийн шийдлүүдийг хаяж хаях нь хүртэл хүрдэг. Түүн дээр сүүлд хийгдсэн ажилууд нь ийн амжилт олж байна, түүн дээр өмнөх үед том үйлдвэрлэгчдийн онцлог шийдлүүд нь одоо хүртэмжтэй болж, хөгжимтний хүмүүс ба жижиг мастерскойн нөхцөлд моторын хяналтад зориулт ажилд шинжлэх чадварыг хөгжүүлэх газар хүртэмжтэй болж байна.

Бодит дэлхийн баталгаажуулалт: ±0,3 мкм давтамжийн нарийн төвөгтэй бүтэцтэй нээлттэй кодын хэрэгжүүлэлт

Нээлттэй кодтой серво хөдөлгүүрүүдийн дэсктоп CNC машинуудад суулгаж, нөхцөл стабиль үед байршлын нарийн тодорхойлолт ±0,3 микрон орчимд хүрч чадна. Энэ нь хурдан ба нарийн серво хяналт зөвхөн боломжтой гэдгийг баталж, харин жижиг, хүртэмцүүр тохиргоонд ч үүнийг бүтээмжтэй хийж чадна гэдгийг харуулж буй. Наарийн тодорхойлолт нь алхамын урт 5 микронд хүртэл бага байх шаардлагатай нарийн ажилд системүүдийн хэрэглээд тохиромжтой бөлгөөнүүдийн хиймэл хоолойн загварууд эсвэл оптик деталейн дуусгах ажилд жишээлбэл. Сонирхолтой нь нийтлэг шийдлүүд яаж хуучин асуудлуудыг — жишээлбэл, дулааны шилжилт, машин хүрээний хонхорхой, хязгаарлагдмал инкодерийн нарийн тодорхойлолт — шийддэг. Түүнд түүнүүд олон үүрднүүдээс цуглуулж, ухаалаг сенсорын нийлүүлэлтийн техник ашиглан инкодерийн заалтууд, хөдөлгүүрийн гүйдэл, температур хэмжилтүүдийн үр дүнг зэрэгцүүлэн шүүж чадна. Дүгнэлт? Ультранарийн тодорхойлолттой бүтээмжтэй бүтээлд өмнөх үед зуун мянган долларын үнэт үйлдвэрлэлийн төхөөрөмж шаардагдаж буй. Одоо хоббитууд ба жижиг үйлдвэрлэлийн газрууд микрон түвшинд нарийн тодорхойлолттой деталейн бүтээмжтэй бүтээлд хөрөнгөнүүдийн хүртэмцүүр төхөөрөмж ашиглан тогтмол үр дүн гаргаж чадна.