數(shù)控機(jī)床伺服參數(shù)調(diào)整方法

李亞聰 康亞彪

摘? ?要：現(xiàn)階段，我國的工業(yè)發(fā)展較為迅速，產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量都在不斷提升，所以對數(shù)控機(jī)床提出了新的要求。在數(shù)控機(jī)床的實際生產(chǎn)中，許多伺服參數(shù)的調(diào)整仍然不是十分完善，制約了機(jī)床的生產(chǎn)精度，對機(jī)床加工質(zhì)量帶來不利影響。本文將從伺服系統(tǒng)的調(diào)整原則、順序以及方法這三個方面進(jìn)行闡述，旨在對我國數(shù)控機(jī)床伺服參數(shù)的調(diào)整提供借鑒。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床? 伺服? 振蕩? 參數(shù)調(diào)控

中圖分類號：TP659? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）01（b）-0066-02

1? 伺服系統(tǒng)參數(shù)調(diào)整原則

伺服系統(tǒng)通常由三個反饋系組成，分別為位置環(huán)、速度環(huán)以及電流環(huán)，具體如圖1所示。

1.1 位置環(huán)增益

位置環(huán)增益是重要的參數(shù)，對機(jī)床的工作具有重要的作用。位置環(huán)增益越大，那么當(dāng)位置指令輸入過后電機(jī)響應(yīng)速度也會更快，進(jìn)行位置跟蹤會更加準(zhǔn)確，運動部件定位會更加及時。系統(tǒng)在執(zhí)行指令的過程中，相應(yīng)指令運轉(zhuǎn)的部件會收到較大的沖力，所以也就對部件的剛性質(zhì)量提出了更高的要求。

相對于高增益，位置環(huán)增益越小，伺服系統(tǒng)也會更加平穩(wěn)，雖然如此，但是不能過分追求低增益，否則就會帶來更高的使伺服系統(tǒng)跟蹤誤差，最終在工件加工時在加工軌跡上產(chǎn)生誤差。

為了加強(qiáng)機(jī)床的剛性，減少跟隨誤差，盡可能加快定位速度，就要適當(dāng)提高位置環(huán)設(shè)定值，但是應(yīng)當(dāng)保持在一定范圍內(nèi)，否則就會帶來振動，降低工作質(zhì)量。

1.2 速度環(huán)增益

速度環(huán)增益一般用于調(diào)整速度環(huán)的反應(yīng)速度。如果增加一定量的速度環(huán)增益，那么機(jī)床的振動幅度也會更加劇烈，不利于實際工作。所以，要確定機(jī)械部件的振動上限，在這個上限值以下來調(diào)整速度環(huán)增益，以提升反應(yīng)速度。在速度環(huán)增益設(shè)定的過程中，若缺乏合理的數(shù)據(jù)支持，就會帶來偏差，導(dǎo)致靜態(tài)誤差的產(chǎn)生。所以，可以將其設(shè)為比例積分控制，然后再通過速度積分補(bǔ)償來設(shè)定積分常數(shù)。

1.3 速度環(huán)積分時間常數(shù)

速度環(huán)積分時間常數(shù)的合理使用一般能夠有效降低電機(jī)速度振動，然而如果時間常數(shù)設(shè)定存在一定問題就可能造成速度環(huán)的反應(yīng)滯后，增長驅(qū)動器的反應(yīng)時間，最終降低了電機(jī)定位效率。一般情況下，若機(jī)械負(fù)載慣量較高，并且器械部件發(fā)生了一定程度的振動現(xiàn)象，則能夠提供速度環(huán)積分時間常數(shù)來解決這方面問題。除此之外，還要注意延遲因素值的大小，根據(jù)系統(tǒng)的特征和需要進(jìn)行合理調(diào)整，確保定位時間以及相應(yīng)速度滿足要求。

2? 伺服參數(shù)調(diào)整順序

伺服驅(qū)動器是數(shù)控機(jī)床重要的一個部分，其中的各個參數(shù)設(shè)定都會對其他部分產(chǎn)生影響，同時也會受到其他部分的制約。為了確保系統(tǒng)工作的穩(wěn)定，位置環(huán)的響應(yīng)通常要比速度環(huán)響應(yīng)慢，所以當(dāng)需要對位置環(huán)進(jìn)行提升的時候就要保證速度環(huán)足夠高。電流環(huán)-速度環(huán)-位置環(huán)必須要由里向外調(diào)整。處于外側(cè)的反饋環(huán)應(yīng)當(dāng)比內(nèi)側(cè)低。通常在提高位置環(huán)之前就要適當(dāng)提高速度環(huán)，這樣才可以避免速度指令振動，加快定位時間。

若位置環(huán)反應(yīng)速度十分快，甚至是超過速度環(huán)，那么速度環(huán)的指令也就無法及時跟隨位置環(huán)指令，最終就會降低機(jī)床制造的質(zhì)量。

3? 伺服參數(shù)調(diào)整方法

3.1 速度環(huán)增益的調(diào)整

在最初進(jìn)行設(shè)定的時候，保證位置環(huán)增益處于較低的水平。然后再慢慢提高速度環(huán)增益，期間要確保系統(tǒng)不會產(chǎn)生額外的聲音或者振動。隨著速度環(huán)增益的提高，機(jī)床的剛性也會有一定程度的提升，但如果較高的話就可能造成振動。為了保證不會產(chǎn)生振動，要將最終設(shè)定值為產(chǎn)生振動時值的65%～75%。在這種情況下，機(jī)床不僅會有較高的剛性，其響應(yīng)速度也較高，外界的影響也不會對機(jī)床產(chǎn)生作用。

若設(shè)定值不符合要求，那么伺服系統(tǒng)也就會有一定的波動，系統(tǒng)電機(jī)在執(zhí)行指令的過程中會產(chǎn)生較大幅度的振動，所以為了避免這種狀況的發(fā)生就要及時增加速度環(huán)增益以及速度環(huán)積分時間，進(jìn)而消除系統(tǒng)振蕩。當(dāng)速度環(huán)增益較低的時候，電機(jī)在執(zhí)行指令的過程中就會產(chǎn)生浮動，波動頻率會更低，最終會對伺服系統(tǒng)的響應(yīng)性帶來不利的影響。

3.2 速度環(huán)積分時間常數(shù)的調(diào)整

速度環(huán)積分時間常數(shù)實際上就是帶來一定的延時效果，如果設(shè)定值較高，那么隨后所帶來的定位時間也會更長，對系統(tǒng)響應(yīng)性帶來影響。一般情況下，如果沒有振動的產(chǎn)生，時間常數(shù)可以不用太高。

若時間常數(shù)較高，伺服系統(tǒng)的響應(yīng)也會耗時更久，然后系統(tǒng)剛性會更低。另外，若時間常數(shù)較低，在實際工作中就會發(fā)現(xiàn)伺服系統(tǒng)會有一定浮動，甚至還可能出現(xiàn)噪音等。

3.3 位置環(huán)增益

在調(diào)整過程中，在完成速度環(huán)增益后還要注意后續(xù)的位置環(huán)增益的調(diào)整，最終要保證沒有振動以及噪音的產(chǎn)生。

如果位置環(huán)增益較高，那么與此同時可以發(fā)現(xiàn)機(jī)床剛性會有較高的提升，但是同時也會發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)開環(huán)總增益更高，電機(jī)運行的穩(wěn)定性無法滿足要求。

如果位置環(huán)增益較低，在工作中速度響應(yīng)帶來的位置偏差就會更加明顯，然后電機(jī)的速度跟蹤滯后與位置指令速度，最終就會對加工精度帶來不利的影響。

調(diào)整過程中其震蕩變化如圖2所示。

4? 結(jié)語

綜上所述，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)帶來了極大的便利性，提高了生產(chǎn)效率和質(zhì)量。所以，要充分了解數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)，明確其中的位置環(huán)增益、速度環(huán)增益以及速度環(huán)積分時間常數(shù)的意義，對其做出合理的調(diào)整，還要注重這三種伺服參數(shù)調(diào)整順序，這樣才可以保證數(shù)控機(jī)床的精度，推動我國工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1] 李亞聰，數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化配置的研究[D].大連理工大學(xué)，2009.

[2] 謝黎明，董建國.數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)伺服精度的分析及 SIMULINK 仿真[J].機(jī)床與液壓，2007，35（4）：206-208.

[3] 孫興偉，董蔚，王可，等.數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)跟隨誤差對加工輪廓的影響[J].制造技術(shù)與機(jī)床，2010（6）：76-78.

[4] 王建明，李萍奎，馬術(shù)文，等.數(shù)控系統(tǒng)伺服參數(shù)對跟隨誤差影響的研究[J].機(jī)械設(shè)計與制造，2011（11）：152-154.