Примена сервоводака високе фреквенције преласка у ултрапрецизној кућној ЦНЦ обради

Зашто висока фреквенција преласка омогућава брзину и прецизност серво-учинка

Проблем позиционирања у микрону у ЦНЦ системима за радни рачунар

Добивање компјутерских ЦНЦ система да раде на субмикронским нивоима представља посебне изазове повезане са вибрацијама и температурном стабилношћу. Машине индустријског квалитета се налазе на специјално дизајнираним темељима који апсорбују вибрације, али модели на клупу морају да се носе са свим врстама буке из њиховог окружења. Свакодневне вибрације у лабораторији или радионици појачавају сами оквири машине, што доводи до већих грешка у позиционирању него што би било ко желео. Када радимо са материјалима као што су оптичко стакло или неки ваздухопловни метали, чак и мале грешке имају велику важност. Половина микрона разлике је довољна да уништи целу компоненту. Топла додаје још један слој сложености. Како мотори раде и лопате се окрећу, они се мењају у величини на микроном нивоу током времена. Истраживање објављено у часопису CIRP Annals показује да око 60% тих досадних грешки у микрону долази до топлотне дрифе у мањим системима. Да би се ово решило, произвођачима су потребни серво-привози који се могу прилагодити на лету овим микроскопским променама док се истовремено брзо и прецизно крећу кроз сложене путеве алата.

Како 20 кХЗ прелазак смањује струјну риппле и тоцк џитер

Серво-привози који раде на или изнад 20 кГц ПВМ фреквенције стварно смањују струјну рипл, што је у основи оно што узрокује те досадне тресање тренутног тренутка које нарушавају површинске завршетке током прецизних радова. Високофреквентно пребацивање заправо чини интервали за распад струје много краћи између сваког импулса, тако да електромагнетна поља остају стабилнија у целини, што резултира глаткијим радњем мотора. Тестирање у лабораторијама за контролу покрета показало је да ови системи могу смањити флуктуације крутног момента чак за 40% у поређењу са старијим системима испод 10 кХц. Ова разлика постаје супер важна када се бавимо тим малим микро-степовима испод 10 микрона, где нискофреквентни покретачи имају тенденцију да изазову нежељене механичке вибрације и проблеме са говорком. Захваљујући транзисторима од силицијум карбида (СиЦ), произвођачи сада могу да достигну ове више фреквенције без бриге о прекомерном натпримиру топлоте од губитака преласка, што је некада био велики проблем. Удвојите ове брзе серво системе са технологијом управљања оријентисаном полем (ФОЦ) и они одржавају запањујућу конзистенцију крутног момента у року од пола процената на различитим брзинама. За све који раде са сложенијим облицима и чврстим толеранцијама, овај ниво перформанси је апсолутно неопходан ако желимо да избегнемо оне фрустрирајуће грешке корака које се акумулишу током времена током контуровања.

Прецизност затвореног циклуса: Верност енкодера, латентност и тачност контура

Латентно изазване грешке у контуру у микрорезању (< 10 мкм Степповерс)

Добивање ултра прецизности из ЦНЦ машина зависи у великој мери од скоро нултег кашњења у повратној петљи. Ако постоји кашњење од више од 100 микросекунди пре него што машина добије ажурирање позиције, оси ће почети да се не синхронизују током тих малих корака. Ово постаје прави проблем за 3Д контурирање где кораци алата морају бити мање од 10 микрона и све мора да се идеално помера. Неки тестови који су направљени у НИСТ-у открили су да када је било око 200 микросекунди кашњења у систему, то је заправо изазвало грешке контура мере око 5 микрона у титанијским деловима. Да би се решили ови проблеми, произвођачи сада користе серво-приводе високе брзине који смањују време обраде до испод 50 микросекунди. Ова побољшања долазе из специјалног софтвера који ради на ARM Cortex M7 контролерима који управљају задатцима у реалном времену. Машине без такве брзине одговора имају тенденцију да акумулишу мале грешке од промена топлоте и других фактора, што се на крају додаје до приметних проблема позиционирања након продуженог рада.

17-битни+ резолутори против магнетних енкодера: Пропусни просекРезултиве компромиси

Избор енкодера фундаментално ограничава постигнуту прецизност у ЦНЦ системима за десктоп. Кључне компромисе укључују:

Резолутори су познати по својој невероватној угловној тачности, често испод једне лучеве секунде, али се боре са проблемима опсежног опсега који стварају кашњење фазе када се смернице брзо мењају, што нарушава квалитет динамичких контура. Магнетни енкодери са друге стране реагују много брже, нешто што је заиста важно за те 5-осине системе, иако једноставно не могу да одговарају резолуцији потребној за истинску повторење на низу до микрона. Добра вест је да модерне системе за управљање полем започињу да реше овај проблем. Узмите на пример отворене софтверске уређаје као што је ОДрайв. Ови системи користе паметне адаптивне посматраче да у основи попуне празнине између читања енкодера, што резултира повратљивошћу од око плюс или минус 0,3 микрона чак и са не тако великим хардвером. Оно што видимо овде је прилично занимљиво. Бољи алгоритми у комбинацији са приступачним компонентама значи да високопрецизне производње технике које су коштале стотине хиљада долара сада постају доступне мањим продавницама и хобистима.

Истинска високобрза прецизна серво контрола: изван хобистичких тврдњи о 'серво'

Пролаз у убрзању С-криве у буџету

Многи буџетски сервопривози заправо користе трапезоидни профил забрзања уместо стварног планирања покрета С-криве. Када се ови системи покрећу или зауставе, стварају изненадне уздизање које изазивају механичку резонанцу, изазивајући вибрације које могу бити веће од 5 микрометра. С друге стране, покретачи оптимизовани за С-кривице задржавају те вибрације до мање од 0,8 микрометра према тестовима које је спровела Међународна федерација за производње инжењерства (ЦИРП). За апликације као што су микро гравирање или рад око тесних углова, ово је веома важно јер када се алати одклоне, то утиче на тачност коначних димензија. Добивање одговарајуће контроле S-криве значи имати специјалне процесоре за планирање путања, нешто што још увијек не видимо у приступачним контролерима због све додатне рачунарске снаге и сложених захтјева за фирмвером.

Демократизација контроле оријентисане пољу (ФОЦ) у АРМ-базираним вожњама (нпр. ОДрайв v3.6)

Микроконтролери АРМ Кортекс-М4 и М7 омогућавају имплементацију чврсте технологије управљања оријентисаним полем (ФОЦ) чак и у сервоприводе који су данас коштали мање од 200 долара. Оно што чини ФОЦ тако ефикасним је то што одваја контролу крутног момента од флукса, што резултира много глаткијим операцијама на већим брзинама и боље управља неочекиваним поремећајима током рада. Погледајте пројекте отвореног кода као што је ODrive v3.6 референтни дизајн на пример они управљају импресивном 100 килохерц струје кола палубе док одржавају око 90 посто вртећег момента линеарност до 3.000 обртања у минути. ФОЦ системи индустријског квалитета и даље имају предност када је реч о могућностима аутоматског подешавања и прилагођавању различитим оптерећењима. На пример, ови системи могу да се носе са инерционим променама од 10 до 1 између материјала као што је алуминијум и тврдо дрво без потребе за рекалибрирањем. Али не рачунајте алтернативне АРМ-а још увек. Они су направили толико значајан напредак у последње време да је оно што је некада било ексклузивно за велике произвођаче сада доступно за хобисте и мање радничке средине које желе да озбиљно учествују у апликацијама за управљање мотором.

Валидација у стварном свету: Испостављања отвореног кода која постижу ±0.3 мкм понављаемости

Серво-приводи отвореног извора инсталирани на ЦНЦ машине за десктоп могу постићи тачност позиционирања око ± 0,3 мицрона када су услови стабилни. Ово доказује да брза и прецизна серво контрола није само више могућа већ је заправо постигнута у малим, приступачним подешавањама. Тачност чини ове системе погодним за детаљне радове где треба да се крокови буду мањи од 5 микрона. На пример, размислите о калупама за накит или завршном обрађивању оптичких компоненти. Интересантно је како се заједница за решавање старих проблема као што су топлотни дриф, вибрације у оквиру машине и ограничена резолуција енкодера. То раде комбиновањем података из више извора истовремено користећи паметне технике фузије сензора које гледају учитања енкодера, нивое струје мотора и мерења температуре све у исто време. Шта је крајње? Увек је за ултрапрецизну обраду била потребна скупа индустријска опрема која је коштала стотине хиљада долара. Сада хобисти и мале производнице могу да производе делове са прецизношћу на микроном нивоу без да се разбијају финансијске резерве.