Prispôsobenie zotrvačnosti motora a záťaže v systéme servopohonu CNC je rozhodujúce pre dosiahnutie optimálneho výkonu. Ako dodávateľ CNC servopohonov som z prvej ruky videl, ako môže nesprávne prispôsobenie zotrvačnosti viesť k najrôznejším problémom, ako je nízka presnosť, pomalé časy odozvy a dokonca aj predčasné opotrebovanie zariadenia. V tomto blogu sa podelím o niekoľko tipov, ako dosiahnuť správnu zhodu zotrvačnosti.
Pochopenie zotrvačnosti
Najprv si povedzme, čo je to zotrvačnosť. Zotrvačnosť je v podstate odolnosť objektu voči zmenám jeho pohybu. V kontexte systému CNC servopohonu máme do činenia s dvoma hlavnými typmi zotrvačnosti: zotrvačnosťou motora a zotrvačnosťou záťaže. Zotrvačnosť motora je určená jeho fyzikálnymi charakteristikami, ako je jeho hmotnosť a rozloženie tejto hmoty okolo jeho osi otáčania. Na druhej strane, zotrvačnosť záťaže závisí od hmotnosti a tvaru veci, ktorú motor poháňa, ako aj od toho, ako je k motoru pripojená.
Prečo záleží na zotrvačnej zhode
Keď je zotrvačnosť motora a záťaž dobre zosúladená, systém servopohonu môže fungovať efektívnejšie. Motor dokáže plynulo zrýchľovať a spomaľovať záťaž, čo znamená lepšiu presnosť polohovania a rýchlejšie časy cyklov. Ak je zotrvačnosť záťaže príliš veľká v porovnaní so zotrvačnosťou motora, motor môže mať problémy s rýchlym pohybom záťaže. Mohlo by to viesť k prehriatiu, zvýšenej spotrebe energie a nepresnému umiestneniu. Na druhej strane, ak je zotrvačnosť záťaže príliš malá, motor by sa mohol prehnať – zrýchliť záťaž, čo by spôsobilo vibrácie a nestabilitu v systéme.
Výpočet zotrvačnosti
Predtým, ako budete môcť vyrovnať zotrvačnosť, musíte vypočítať zotrvačnosť motora aj záťaže. Pre jednoduché tvary, ako sú valce alebo disky, existujú štandardné vzorce na výpočet zotrvačnosti. Napríklad zotrvačnosť pevného valca otáčajúceho sa okolo svojej stredovej osi je daná vzťahom (I = \frac{1}{2}mr^{2}), kde (m) je hmotnosť a (r) je polomer.
Pri zložitejších zaťaženiach možno budete musieť rozdeliť zaťaženie na menšie, jednoduchšie komponenty a vypočítať zotrvačnosť každej časti samostatne a potom ich spočítať. Niektoré moderné CNC servopohony, ako naprDigitálny servopohon, majú vstavané funkcie, ktoré môžu pomôcť s výpočtami zotrvačnosti alebo aspoň poskytnúť nejaké usmernenie na základe parametrov systému, ktoré zadáte.
Pravidlá palca pre porovnávanie zotrvačnosti
Bežným pravidlom je zamerať sa na pomer zotrvačnosti záťaže k motoru približne 3:1 až 5:1. Tento pomer poskytuje dobrú rovnováhu medzi schopnosťou motora kontrolovať záťaž a celkovým výkonom systému. Toto však nie je prísne pravidlo. V niektorých aplikáciách, ako sú úlohy s vysokou presnosťou polohovania, možno budete chcieť nižší pomer, povedzme 1:1 alebo 2:1, aby ste zaistili maximálnu presnosť. V iných prípadoch, kde je rýchlosť dôležitejšia ako presná presnosť, môže byť prijateľný mierne vyšší pomer.
Používanie prevodoviek a spojok
Prevodovky a spojky môžu byť užitočnými nástrojmi na prispôsobenie zotrvačnosti. Prevodovka môže zmeniť efektívnu zotrvačnosť záťaže z pohľadu motora. Výberom správneho prevodového pomeru môžete znížiť zotrvačnosť zaťaženia tak, ako sa javí motoru, a tým uľahčiť ovládanie motora. Napríklad, ak máte vysoké zotrvačné zaťaženie, použitie prevodovky s prevodovým pomerom stupňov a dole môže znížiť zotrvačnosť zaťaženia na hriadeli motora.
Svoju úlohu zohrávajú aj spojky. Je potrebné ich starostlivo vybrať, aby sa zabezpečilo, že dokážu prenášať krútiaci moment z motora na záťaž bez zavádzania dodatočných vibrácií alebo flexibility, ktoré by mohli ovplyvniť prispôsobenie zotrvačnosti. Niektoré pokročilé spojky sú navrhnuté tak, aby tlmili vibrácie a poskytovali tuhšie spojenie medzi motorom a nákladom, čo je prospešné pre udržanie správnej zotrvačnej zhody.
Ladenie servopohonu
Keď ste fyzicky zosúladili motor a zotrvačnosť záťaže čo najlepšie, musíte vyladiť servopohon. Servopohon riadi činnosť motora a správne ladenie je nevyhnutné na dosiahnutie požadovaného výkonu. Väčšina moderných servopohonov, ako naprServopohon CANopen, majú celý rad parametrov ladenia, ktoré môžete upraviť.
Tieto parametre zahŕňajú veci ako nastavenia zisku, časy zrýchlenia a spomalenia a rýchlostné slučky. Úpravou týchto nastavení môžete jemne doladiť odozvu motora na záťaž. Napríklad zvýšenie zosilnenia polohy môže zlepšiť schopnosť motora presne sledovať požadovanú polohu, ale príliš vysoké zosilnenie môže spôsobiť nestabilitu systému.
Príklady zo skutočného sveta
Povedzme, že pracujete na CNC frézke. Vreteno je záťažou a má relatívne veľkú zotrvačnosť v dôsledku svojej hmotnosti a vysokej rýchlosti otáčania, ktoré musí dosiahnuť. Musíte vybrať motor s vhodnou zotrvačnosťou a potom v prípade potreby použiť prevodovku, aby ste dosiahli správny pomer zotrvačnosti. Potom vyladíte servopohon, aby ste sa uistili, že vreteno sa môže počas procesu frézovania hladko spúšťať, zastavovať a meniť otáčky.
Ďalším príkladom môže byť robot typu pick-and-place. Rameno robota je bremeno a jeho zotrvačnosť sa mení v závislosti od polohy ramena a hmotnosti predmetu, ktorý nesie. V tomto prípade možno budete potrebovať dynamickejší prístup k prispôsobeniu zotrvačnosti. Môžete použiť servopohon s pokročilými riadiacimi algoritmami, ako je naprServopohon s polohovým ovládaním, ktorý sa dokáže prispôsobiť meniacej sa zotrvačnosti záťaže v reálnom čase.
Záver
Prispôsobenie zotrvačnosti motora a záťaže v systéme CNC servopohonu je viackrokový proces, ktorý si vyžaduje starostlivý výpočet, výber správnych komponentov a správne ladenie. Nie je to vždy jednoduché, ale správne nastavenie môže znamenať obrovský rozdiel vo výkone a životnosti vášho CNC zariadenia.
Ak hľadáte CNC servopohon alebo potrebujete poradiť s prispôsobením zotrvačnej hmotnosti pre vašu konkrétnu aplikáciu, neváhajte a oslovte. Sme tu, aby sme vám pomohli nájsť najlepšie riešenia pre vaše potreby a zabezpečili, aby váš CNC systém fungoval čo najlepšie.
Referencie
- „Príručka riadenia pohybu“ od Petra Nachtweya
- Rôzne technické dokumenty od výrobcov servopohonov