崔承洋 郭凱

摘 要：通過對數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)、伺服的優(yōu)化來提升數(shù)控機床精度調(diào)試實例的分析，總結(jié)數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)精度的調(diào)試方法。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機床;電氣系統(tǒng);精度

在數(shù)控機床加工過程中，除了要控制機床本身出現(xiàn)的機械誤差外，還要控制電氣系統(tǒng)的控制誤差，控制電氣系統(tǒng)誤差主要是對系統(tǒng)的參數(shù)進行優(yōu)化與調(diào)試?？刂葡到y(tǒng)參數(shù)有伺服進給系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)等。數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)又包括數(shù)控機床的基本參數(shù)、進給參數(shù)及梯形圖參數(shù)等，通過修改控制系統(tǒng)參數(shù)可以提高數(shù)控機床精度，對機床的調(diào)試、升級改造及維護保養(yǎng)有很大幫助。以FANUC0iMD系統(tǒng)的機床機電聯(lián)調(diào)為例，通過運用數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)調(diào)試、機械誤差補償、伺服驅(qū)動參數(shù)優(yōu)化等方法來提高數(shù)控機床整機精度，從而彌補機床機械零部件尺寸公差、形位公差以及裝配精度誤差之間的不足，使機床精度能夠達到更高的標準，這對于電氣系統(tǒng)數(shù)控機床的精度調(diào)整具有重要使用。

一、機械誤差的測量與補償

1.加工中心的刀庫可以有效提升加工生產(chǎn)率，刀庫在換刀時所出現(xiàn)的誤差一般來源于刀柄、主軸錐孔、刀具磨損等，它們會使定位精度出現(xiàn)下降，進而影響到加工質(zhì)量。為了保證加工工件的尺寸精度，需要在參數(shù)5001和5002設(shè)定刀具長度補償或半徑補償。

2.螺距誤差補償。數(shù)控機床滾珠絲杠和螺母因有裝配誤差、螺距累積誤差等，其中絲杠的螺距累積誤差會造成機床定位精度下降。一般使用激光干涉儀測量出螺距累積誤差值，螺距誤差補償在數(shù)控系統(tǒng)的參數(shù)3620～3624中輸入激光干涉儀測量的數(shù)值，補償數(shù)值后在數(shù)控系統(tǒng)自動增加或減少控制的脈沖數(shù)來提高機床的定位精度。

3.反向間隙補償。滾珠絲桿與螺母之間、滾珠絲桿與支撐它的軸承之間的軸向間隙、數(shù)控機床滾珠絲桿軸承預(yù)緊力不夠、磨損產(chǎn)生間隙造成的軸向竄動等原因都會使數(shù)控機床工作臺移動產(chǎn)生反向間隙。反向間隙使數(shù)控機床工作臺反向移動的初始階段產(chǎn)生空行程不能立即執(zhí)行動作造成的反向誤差，直到間隙消除為止工作臺才移動。檢查方法是沿一個方向手動移動坐標軸一段距離后用千分表打托盤，然后用手輪反向移動托盤直到表針擺動為止，手輪移動的尺寸即為反向間隙，把此數(shù)值輸入數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)1851中進行間隙補償。

二、進給系統(tǒng)慣量與系統(tǒng)控制參數(shù)的優(yōu)化

1.數(shù)控機床柔性齒輪比的設(shè)定。柔性齒輪比的參數(shù)指的是匹配伺服電機脈沖數(shù)與絲桿的最小移動量，由于伺服電機連接的滾珠絲杠和同步帶輪不同，數(shù)控系統(tǒng)移動最小單位量也是不同的，因此，使柔性齒輪比參數(shù)設(shè)置有所不同，修改電子齒輪比的分倍頻可實現(xiàn)不同的脈沖當(dāng)量。例如在半閉環(huán)的FANUC0iMD系統(tǒng)中設(shè)定柔性齒輪比參數(shù)，當(dāng)運動軸直接連接滾珠絲桿螺距為10mm，系統(tǒng)的檢測單位為1μm時，電機每旋轉(zhuǎn)1周（10mm）所需的脈沖數(shù)為10/0.001=10000脈沖。

2.位置反饋脈沖數(shù)的設(shè)定。全閉環(huán)控制的數(shù)控機床裝有光柵尺檢測工作臺的移動距離，當(dāng)電機旋轉(zhuǎn)1周光柵尺反饋的脈沖數(shù)為位置脈沖數(shù)。設(shè)定時參數(shù)計算如下，在使用螺距10mm的滾珠絲桿（直接連接）、具有1脈沖0.5μm分辨率的光柵尺的情形下，電機每旋轉(zhuǎn)1周的反饋脈沖數(shù)=滾珠絲桿的螺距10mm/光柵尺的分辨率0.0005mm。

3.機械速度反饋參數(shù)設(shè)定。帶光柵檢測裝置數(shù)控系統(tǒng)在調(diào)試時會因速度與反饋檢測信號不一致而產(chǎn)生振蕩，一般都是機械系統(tǒng)剛性不足造成，首先考慮調(diào)整機械速度反饋的參數(shù)，數(shù)控機床光柵檢測反饋原理。床身機械結(jié)構(gòu)電機側(cè)速度反饋參數(shù)2012#1設(shè)定為1時表示有效，α反饋增益參數(shù)2088設(shè)定為50，如果是串行光柵，設(shè)定數(shù)值>100會出現(xiàn)417報警，設(shè)定值在0～100，一般設(shè)定值為50。

三、數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)調(diào)整及伺服的優(yōu)化

1.加速反饋。當(dāng)伺服電機與機床連接時負載慣量大于電機的慣量，機床軸及工作臺移動的慣性和摩擦阻尼滯后，伺服控制系統(tǒng)如果沒有接收伺服位置偏差反饋進行PID調(diào)節(jié)控制就沒有位置控制插補輸出脈沖，數(shù)控機床會產(chǎn)生振動和軌跡誤差。加速反饋與負載慣量關(guān)系，調(diào)整負載慣量比值>512時會產(chǎn)生（50～150）Hz的振動，特別是機床振動或高速運動產(chǎn)生的動態(tài)軌跡誤差較大，而機床負載慣性的軌跡誤差與加速度成正比。加速度前饋能減小伺服系統(tǒng)的軌跡誤差，在FANUC0iMD數(shù)控系統(tǒng)用加速度前饋及轉(zhuǎn)矩前饋軌跡誤差補償。加速度反饋增益參數(shù)2066設(shè)定值為（-10～-20），一般設(shè)為-10。對于低頻率振動扭矩指令濾波器參數(shù)2067設(shè)定值是約2000。對于高頻率的機械共振≥200Hz使用HRV（HighResponseVec-tor，高分辨率）濾波器來抑制。

2.增益優(yōu)化與補償。高增益值會導(dǎo)致數(shù)控系統(tǒng)輸出速度變化劇烈，速度突然變化致使數(shù)控機床機械裝置受到較大的沖擊影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以增益對伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度和動態(tài)性能都有很大的影響。伺服單元位置環(huán)增益控制，系統(tǒng)要求將位置環(huán)增益設(shè)定為較大值來提高機器剛性并增大機器的固有振動數(shù)。

設(shè)定時，首先將功能位參數(shù)2003位3（PIEN）設(shè)定為1，回路增益參數(shù)1825設(shè)定為3000，在機床不產(chǎn)生振動的情況下盡量增大設(shè)定值，可以設(shè)定為5000。對于速度增益值的設(shè)定，速度增益值=（1+負載慣量比（參數(shù)2021）/256）×100。式中的負載慣量比是電機的慣量和負載的慣量比，直接和機床的機械特性相關(guān)。調(diào)整原則是盡量提高設(shè)定值來保證在手動快速和手動慢速進給等各種情況下機床都不能有振動。一般通過設(shè)定參數(shù)2066值為-10增加伺服電流環(huán)來改變，如果還有振動則要修改畫面中的濾波器值參數(shù)2067，設(shè)定為約2000。

四、結(jié)語

綜上所述，數(shù)控機床技術(shù)能夠?qū)⒏呔軝C械與智能化電氣系統(tǒng)有機融合，提高機械零部件加工精度和幾何精度，對提升機床加工精度有著重要作用。

參考文獻：

[1]劉賢文.數(shù)控機床故障診斷與排除[M].北京：機械工業(yè)出版社，2018.