王 鵬,馬吉民
(中車齊齊哈爾車輛有限公司,黑龍江齊齊哈爾 161002)
數(shù)控外圓磨床是比較精密的數(shù)控加工設(shè)備,磨床與其他數(shù)控加工設(shè)備比較而言,應(yīng)具有穩(wěn)定的砂輪平衡系統(tǒng)、良好的伺服響應(yīng)特性與低速特性。現(xiàn)以意大利莫羅拉外圓數(shù)控磨床為例就這3個(gè)方面簡略分析一下在磨床維修與調(diào)試過程中應(yīng)注意的各個(gè)方面的問題,以及數(shù)控參數(shù)調(diào)整等問題。
進(jìn)給伺服系統(tǒng)是由電氣、機(jī)械等環(huán)節(jié)組成的一個(gè)整體,其組成環(huán)節(jié)的特性參數(shù)對(duì)整體系統(tǒng)的特性的影響。從理論上講,可以根據(jù)要求與系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型確定其參數(shù)。但是機(jī)械系統(tǒng)的阻尼、剛度、慣量等參數(shù)干擾因素過多,只能依靠現(xiàn)有參數(shù)及經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整,修正。
由系統(tǒng)模型可以看出整個(gè)伺服系統(tǒng)由伺服指令,位置控制單元、速度控制單元、位置檢測單元、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等部分組成。驅(qū)動(dòng)軸是由電流環(huán),速度環(huán)和位置環(huán)組成,一般來說位置環(huán)是一個(gè)簡單的比例調(diào)節(jié)器,速度環(huán)和電流環(huán)是由比例積分調(diào)節(jié)器組成,是驅(qū)動(dòng)的核心部分。在系統(tǒng)中不考慮電流環(huán),因?yàn)橄到y(tǒng)已完成電流環(huán)自動(dòng)匹配。
公式(1)中Kp為位置環(huán)比例系數(shù)(西門子參數(shù):MD32200,位置環(huán)增益;MD32300,軸的加速度);Kv為速度環(huán)比例系數(shù)(西門子參數(shù):MD1407速度環(huán)增益);Tv為速度環(huán)時(shí)間常數(shù)(西門子參數(shù):MD1409);Kf為反饋環(huán)比例系數(shù)。由傳遞函數(shù)可以看出,調(diào)節(jié)位置環(huán)增益、速度環(huán)增益、速度環(huán)時(shí)間常數(shù)可以改善控制器的輸出特性。
把伺服執(zhí)行系統(tǒng)等效為彈簧系統(tǒng)可以得出機(jī)械系統(tǒng)傳遞函數(shù)見式(2)。
式中s——拉普拉斯
k——傳動(dòng)剛度
m——執(zhí)行部件質(zhì)量
Cr——導(dǎo)軌副上的黏性阻尼系數(shù)
由機(jī)械系統(tǒng)傳遞函數(shù)可以看出輸出特性與傳動(dòng)剛度、執(zhí)行部件質(zhì)量、導(dǎo)軌副上的黏性阻尼系數(shù)、切削力、摩擦力等參數(shù)有關(guān)。由控制系統(tǒng)及機(jī)械系統(tǒng)傳遞函數(shù)可以得出以下結(jié)論。
(1)在機(jī)械系統(tǒng)中由于傳動(dòng)剛度、執(zhí)行部件質(zhì)量、導(dǎo)軌副上的黏性阻尼系數(shù)等機(jī)械參數(shù)機(jī)床制造、安裝后已基本固定,以通過調(diào)整傳動(dòng)間隙、調(diào)整預(yù)緊力等手段恢復(fù)原設(shè)計(jì)機(jī)械參數(shù)。
(2)由于摩擦力受潤滑等因素影響,應(yīng)保證系統(tǒng)各傳動(dòng)部件具有良好的潤滑。
(3)嚴(yán)格按照機(jī)床原設(shè)計(jì)加工能力進(jìn)行加工。
(4)在保證機(jī)械傳動(dòng)穩(wěn)定的情況下進(jìn)行伺服參數(shù)調(diào)整。
(5)速度控制環(huán)的調(diào)整在保證伺服軸不發(fā)生振動(dòng)的情況下,盡量增大速度增益,通過調(diào)整時(shí)間常數(shù)改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
(6)通過調(diào)整位置環(huán)增益,適應(yīng)其他傳遞環(huán)節(jié),保證系統(tǒng)的跟隨性。
(7)伺服傳動(dòng)系統(tǒng)是電氣控制、機(jī)械傳動(dòng)等綜合系統(tǒng)調(diào)整時(shí)應(yīng)綜合考慮各參數(shù)。
由于磨床系統(tǒng)磨削時(shí)進(jìn)給速度在(0.03~0.1)mm/min屬于低速進(jìn)給運(yùn)動(dòng),機(jī)床的低速特性決定產(chǎn)品表面光潔度和精度。以下就低速特性進(jìn)行分析。
進(jìn)給系統(tǒng)在低速進(jìn)給時(shí),在驅(qū)動(dòng)速度是均勻的情況下,當(dāng)系統(tǒng)的剛度不足、摩擦力偏大等系統(tǒng)參數(shù)不恰當(dāng)時(shí),就會(huì)出現(xiàn)執(zhí)行部件運(yùn)動(dòng)時(shí)快時(shí)慢、甚至停頓的現(xiàn)象,這種現(xiàn)象稱為爬行現(xiàn)象。它是低速運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)的體現(xiàn)。
式中m——質(zhì)量
θ——阻尼比
k——?jiǎng)偠?/p>
Δf=fs-fd
由公式得出在維修調(diào)試中,可通過提高傳動(dòng)剛度、減小摩擦因數(shù)等手段降低爬行臨界速度,保證系統(tǒng)加工精度。
幾乎所有的旋轉(zhuǎn)體都存在不平衡問題。由于磨床主軸屬于高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),不平衡現(xiàn)象影響主軸的旋轉(zhuǎn)精度,導(dǎo)致產(chǎn)品表面光潔度變差。為了解決上述問題,通常要對(duì)砂輪進(jìn)行平衡。
由于磨床砂輪是旋轉(zhuǎn)體,如果質(zhì)量分布不均勻,其重心就可能會(huì)偏離旋轉(zhuǎn)中心即產(chǎn)生不平衡量。當(dāng)砂輪旋轉(zhuǎn)時(shí),不平衡量將引起呈現(xiàn)正弦規(guī)律的振動(dòng),轉(zhuǎn)速一定時(shí),振動(dòng)的位移量與不平衡量成正比。通過測量不平衡量引起振動(dòng)位移的大小,平衡儀自動(dòng)校正質(zhì)量的位置,使振動(dòng)幅值盡可能降到最低,以使砂輪達(dá)到平衡。
數(shù)控冷切設(shè)備尤其是數(shù)控磨床等精密冷切設(shè)備,伺服傳動(dòng)系統(tǒng)、主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是決定機(jī)床特性的關(guān)鍵因素。伺服傳動(dòng)系統(tǒng)是數(shù)控設(shè)備的關(guān)鍵,在伺服調(diào)試中應(yīng)綜合考慮數(shù)控系統(tǒng)中的位置增益、速度增益、時(shí)間常數(shù)等相關(guān)參數(shù),機(jī)械系統(tǒng)調(diào)試中應(yīng)注意系統(tǒng)剛度、各部位間隙、摩擦阻力、阻尼等相關(guān)參數(shù)。伺服調(diào)整應(yīng)以系統(tǒng)穩(wěn)定性為首要考慮條件,其次在保證穩(wěn)定的前提下,盡量提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度,使系統(tǒng)獲得盡量高的高速特性。