摘要：数控车床装配完成后，由于伺服系统电气参数与机械部件的不匹配，产生振动、噪音等振荡的问题，通过对伺服系统参数的优化调整，使电气参数符合机械部件的实际安装情况，抑制机床振动，提高加工精度，使车床的运动性能达到最优化。
关键词：伺服；振荡；参数调整
数控机床以其高效、稳定的性能越来越得到用户认可，并被广泛应用。数控车床机械装配好后，其精度的好坏很大程度上取决于伺服轴电气参数的调配。机床的电气参数配置完成后，进给轴的工作状态往往达不到理想的效果，这是由于在装配过程中，由于电气参数配置是按统一配置设定，针对各台机床的具体情况统一配置设定的电气参数达不到最佳匹配，使得数控机床在工作过程中出现进给轴移动不平稳，有噪音，切削工件时精度达不到设计要求，工件表面产生振纹，因此对机床在安装完成后，需要对其伺服参数进行优化调整。伺服系统参数调整分自动调整和手动调整，自动调整有伺服系统内的自调整功能或专门的优化软件进行优化。伺服参数手动调整是根据机床工作中出现的进给轴移动不平稳，有噪音，精度超出设计要求的问题进行伺服系统参数调整，这种方法调整的效率和效果在很大程度上取决于调整人员的工作经验，根据作者在长期从事数控机床售后服务和维修工作中常见的电气参数配置问题，介绍伺服参数手动调整的方法及在调整中经常出现的现象及其解决方法，以期对从事系统参数调整的同行起到启发和参考作用。
1伺服系统参数调整原则
伺服系统主要是由三个反馈系（位置环、速度环、电流环）构成的闭环系统：位置环、速度环、电流环相比较，电流环的反应速度最快，速度环反应速度次之，位置环相对反应最慢。位置环的作用：接收数控单元（NC）的移动指令脉冲与位置反馈脉冲进行比较运算，准确控制机床定位。速度环的作用：接收位置环传入的速度指令，进行加或减控制，抑制振荡的产生。电流环的作用：通过转矩指令，根据实际负荷的反馈电流对放大器实施脉宽调制（PWM），输出扭矩随负荷扭矩的变化而跟随变化。一般在伺服放大器中电流环都保证了充分的响应性，因此，我们通常只需要调整位置环增益、速度环增益和速度积分时间常数三个参数即可。1.1位置环增益交流伺服系统的基本指标之一，它与伺服电机以及机械负载存在密切的联系。位置环增益越高，电机执行位置指令越快，位置跟踪误差越小，运动部件定位需要的时间越短。执行指令时，机械部件承受较大的冲击，相应的机械部件的刚性要求越高。位置环增益设置较小时，伺服系统比较稳定，但较低的位置环增益会使伺服系统跟踪误差加大，进行工件加工时，容易在加工轨迹上形成误差。设定位置环，位置环设定值大，机床刚性好，定位时间短，跟随性好，跟随误差小，但太大容易产生振动，调整时逐步增大直到机床产生振动为止，再适当减少设定值不产生振动为宜。1.2速度环增益用于决定速度环的反应速度。增大其值，负载惯量增大，但是太大容易产生振动。在机械部件不产生振动的情况下，设定值越大，反应的速度将会越快。提高伺服系统的硬度，保证系统稳态及瞬态运行的性能。为消除系统的静态误差，速度环应设为比例积分控制，这时用速度积分补偿对积分常数进行设定。但是在实际设定中不能过大，否则容易引起伺服系统的震荡，损坏机械运动部件。1.3速度环积分时间常数速度环积分时间常数可以减少电机速度的振动，但过大的速度环积分时间会加大速度环的反应时间，使驱动器反应变慢，使电机定位时间变长。当机械负载惯量很大，机械运动部件产生振动时，可以通过增大速度环积分时间常数来解决系统的振动。对伺服系统来说，对延迟因素值设定过大，会延长定位时间，使响应变差，所以在不产生振动时，应尽量使设定值小。
2伺服参数调整顺序
伺服驱动器作为一个完整的控制系统，各参数之间是相互影响和制约的。一般地说，不能使位置环的响应性高于速度环的响应。当提高位置环增益时，首先要提高速度环增益。此三个反馈环应由里向外调整（电流环-速度环-位置环）。越是内侧的环越需要提高其响应性。因此当提高位置环增益时，需先提高速度环增益，如果只提高位置环增益会引起速度指令振动，反而延长定位时间。如果位置环反应比速度环反应快，会出现速度环反应较慢，速度环的指令输出变化跟不上位置环指令输出的变化，直接影响到机械部件的加速或减速的平滑性。
3伺服参数调整方法
3.1速度环增益的调整先较低的设定位置环增益。在不发生异常声音和振动的情况下，逐步增大速度环增益。速度环增益增大，机床刚性变好，但太大易产生振动。应使最终设定值为产生振动时值的70%左右。这时，机床系统运行刚性好，反应速度快，能有效克服外部干扰因素。设定值偏高时，伺服系统不稳定，电机执行运动指令振动加剧，增大速度环增益同时应增加速度环积分时间，消除系统振荡。设定值偏低时，电机执行运动指令时出现波动，波动频率比设定值偏高时低，使伺服系统快速响应性变差。3.2速度环积分时间常数的调整速度环积分时间常数对伺服系统来说为延迟因素，其值设定过大，会延长定位时间，使响应性变差，所以在不产生振动时，设定值应该尽量小。设定值偏高时，会延迟伺服系统的响应时间，使系统刚性降低。设定值偏低时，伺服系统运行不稳定，运行中常常伴有尖锐的噪音，产生振动，降低伺服系统的稳定性。3.3位置环增益的调整速度环增益调到适宜的数值后，逐步调整位置环增益，以不产生振动和噪音为宜。位置环设定值偏高时，机床的刚性虽然很好，但引起系统开环总增益增大，电机速度波动加大，伺服系统运行不稳定。位置环设定值偏低时，系统难以抵消速度响应过程中造成的位置偏差，导致电机的速度跟踪滞后与位置指令速度。造成加工精度误差。调整过程中其震荡变化如图2所示。伺服参数的调整主要设定以上三项，当然也需配合其他参数，比如加速度，定位误差带，扭矩指令滤波器时间常数等参数。综合设定这些参数，主要目的是提高伺服系统的稳定性、响应性和刚性，使机械运动部件运行平稳、快捷，提高加工工件的表面光洁度和精度。
4参数调整中常见现象
1）进给轴产生振动并伴有尖锐噪音的解决方法。先较低的设定位置环增益，逐步降低速度环增益，不产生振动和噪音时，逐步提高位置环增益，直至不振动、无噪音为止。同时，可相应的提高速度环积分时间常数。2）进给轴产生爬行的解决方法。先较低的设定位置环增益，逐步提高速度环增益，不产生振动和噪音时，逐步提高位置环增益，不产生振动和噪音为止。同时，可相应的降低速度环积分时间常数。3）两轴插补进给精度偏差调整。在设定两个进给轴的参数时，要注意两个轴的位置环增益要设定成一致，否则容易导致插补时精度偏差。上述手动调整伺服参数的方法，不是唯一的，但是其原理是一样的，而且也要求操作者有一定的实际经验，根据机床在生产中的实际情况慢慢调整和实验。总之，车床进给轴的特性在数控车床车削中占据重要的地位，是车床正常进给和车削精度的保证，要求调整者在日常的工作中多多实建筑工程论文践，总结经验，才能更快更好的调整伺服参数，使车床精度、性能达到最优化。
作者：宋春雷 单位：安阳鑫盛机床股份有限公司
