数控机床伺服参数调整方法
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作者:李亚聪 康亚彪
摘 要：现阶段，我国的工业发展较为迅速，产品的质量和数量都在不断提升，所以对数控机床提出了新的要求。在数控机床的实际生产中，许多伺服参数的调整仍然不是十分完善，制约了机床的生产精度，对机床加工质量带来不利影响。本文将从伺服系统的调整原则、顺序以及方法这三个方面进行阐述，旨在对我国数控机床伺服参数的调整提供借鉴。
关键词：数控机床 伺服 振荡 参数调控
中图分类号：TP659 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）01（b）-0066-02
1 伺服系统参数调整原则
伺服系统通常由三个反馈系组成，分别为位置环、速度环以及电流环，具体如图1所示。
1.1 位置环增益
位置环增益是重要的参数，对机床的工作具有重要的作用。位置环增益越大，那么当位置指令输入过后电机响应速度也会更快，进行位置跟踪会更加准确，运动部件定位会更加及时。系统在执行指令的过程中，相应指令运转的部件会收到较大的冲力，所以也就对部件的刚性质量提出了更高的要求。
相对于高增益，位置环增益越小，伺服系统也会更加平稳，虽然如此，但是不能过分追求低增益，否则就会带来更高的使伺服系统跟踪误差，最终在工件加工时在加工轨迹上产生误差。
为了加强机床的刚性，减少跟随误差，尽可能加快定位速度，就要适当提高位置环设定值，但是应当保持在一定范围内，否则就会带来振动，降低工作质量。
1.2 速度环增益
速度环增益一般用于调整速度环的反应速度。如果增加一定量的速度环增益，那么机床的振动幅度也会更加剧烈，不利于实际工作。所以，要确定机械部件的振动上限，在这个上限值以下来调整速度环增益，以提升反应速度。在速度环增益设定的过程中，若缺乏合理的数据支持，就会带来偏差，导致静态误差的产生。所以，可以将其设为比例积分控制，然后再通过速度积分补偿来设定积分常数。
1.3 速度环积分时间常数
速度环积分时间常数的合理使用一般能够有效降低电机速度振动，然而如果时间常数设定存在一定问题就可能造成速度环的反应滞后，增长驱动器的反应时间，最终降低了电机定位效率。一般情况下，若机械负载惯量较高，并且器械部件發生了一定程度的振动现象，则能够提供速度环积分时间常数来解决这方面问题。除此之外，还要注意延迟因素值的大小，根据系统的特征和需要进行合理调整，确保定位时间以及相应速度满足要求。
2 伺服参数调整顺序
伺服驱动器是数控机床重要的一个部分，其中的各个参数设定都会对其他部分产生影响，同时也会受到其他部分的制约。为了确保系统工作的稳定，位置环的响应通常要比速度环响应慢，所以当需要对位置环进行提升的时候就要保证速度环足够高。电流环-速度环-位置环必须要由里向外调整。处于外侧的反馈环应当比内侧低。通常在提高位置环之前就要适当提高速度环，这样才可以避免速度指令振动，加快定位时间。
若位置环反应速度十分快，甚至是超过速度环，那么速度环的指令也就无法及时跟随位置环指令，最终就会降低机床制造的质量。
3 伺服参数调整方法
3.1 速度环增益的调整
在最初进行设定的时候，保证位置环增益处于较低的水平。然后再慢慢提高速度环增益，期间要确保系统不会产生额外的声音或者振动。随着速度环增益的提高，机床的刚性也会有一定程度的提升，但如果较高的话就可能造成振动。为了保证不会产生振动，要将最终设定值为产生振动时值的65%～75%。在这种情况下，机床不仅会有较高的刚性，其响应速度也较高，外界的影响也不会对机床产生作用。
若设定值不符合要求，那么伺服系统也就会有一定的波动，系统电机在执行指令的过程中会产生较大幅度的振动，所以为了避免这种状况的发生就要及时增加速度环增益以及速度环积分时间，进而消除系统振荡。当速度环增益较低的时候，电机在执行指令的过程中就会产生浮动，波动频率会更低，最终会对伺服系统的响应性带来不利的影响。
3.2 速度环积分时间常数的调整
速度环积分时间常数实际上就是带来一定的延时效果，如果设定值较高，那么随后所带来的定位时间也会更长，对系统响应性带来影响。一般情况下，如果没有振动的产生，时间常数可以不用太高。
若时间常数较高，伺服系统的响应也会耗时更久，然后系统刚性会更低。另外，若时间常数较低，在实际工作中就会发现伺服系统会有一定浮动，甚至还可能出现噪音等。
3.3 位置环增益
在调整过程中，在完成速度环增益后还要注意后续的位置环增益的调整，最终要保证没有振动以及噪音的产生。
如果位置环增益较高，那么与此同时可以发现机床刚性会有较高的提升，但是同时也会发现系统开环总增益更高，电机运行的稳定性无法满足要求。
如果位置环增益较低，在工作中速度响应带来的位置偏差就会更加明显，然后电机的速度跟踪滞后与位置指令速度，最终就会对加工精度带来不利的影响。
调整过程中其震荡变化如图2所示。
4 结语
综上所述，数控机床的发展为现代工业生产带来了极大的便利性，提高了生产效率和质量。所以，要充分了解数控机床的伺服系统，明确其中的位置环增益、速度环增益以及速度环积分时间常数的意义，对其做出合理的调整，还要注重这三种伺服参数调整顺序，这样才可以保证数控机床的精度，推动我国工业生产的发展。
参考文献
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[4] 王建明，李萍奎，马术文，等.数控系统伺服参数对跟随误差影响的研究[J].机械设计与制造，2011（11）：152-154.
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