1 引言

　　數(shù)控機床伺服驅(qū)動參數(shù)調(diào)整的好壞，直接影響到機床的加工精度和性能。很多數(shù)控機床在出廠前，都進(jìn)行過伺服驅(qū)動參數(shù)基本設(shè)定，能滿足一般精度的加工要求。但在動態(tài)性能要求高的模具加工中，由于伺服驅(qū)動參數(shù)沒有進(jìn)行最佳調(diào)整。造成電氣系統(tǒng)與機械特性匹配不合理．導(dǎo)致加丁中出現(xiàn)質(zhì)量問題。例如，銑球面光潔度差、加工圓弧呈橢圓、加工面在象限切換處出現(xiàn)刀痕等等。根據(jù)三菱數(shù)控系統(tǒng)的特點．筆者總結(jié)了伺服驅(qū)動參數(shù)調(diào)整要領(lǐng)及伺服驅(qū)動參數(shù)設(shè)定與調(diào)整方法。

2 伺服驅(qū)動參數(shù)分析

　　三菱伺服驅(qū)動系統(tǒng)采用圖1所示的三環(huán)控制方式。整個控制流程是通過位置環(huán)到速度環(huán)，再到電流環(huán)，最終到伺服電機。而伺服電機則將電流信號和速度信號分別反饋給電流環(huán)和速度環(huán)、位置環(huán)，從而實現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的運動控制。

　　2.1 電流環(huán)

　　電流環(huán)的作用是限制最大電流。使系統(tǒng)有足夠大的加速扭矩。電流環(huán)控制參數(shù)主要包含電流回路q軸進(jìn)給補償#2209、電流回路d軸進(jìn)給補償#2210、電流回路q軸增益#22l1、電流回路d軸增益#2212，這些參數(shù)由伺服電機的電氣特性決定的， 根據(jù)電機型號設(shè)定相對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值。

　　2.2 速度環(huán)

　　速度環(huán)的作用是抑制速度波動，增強系統(tǒng)抗負(fù)載擾動的能力。速度環(huán)控制參數(shù)主要有：速度回路增益1(#2205，簡稱：VGN1)、速度回路增益2 (#2206，簡稱：VGN2)、速度回路延遲補償(#2207，簡稱：VIL)、速度回路進(jìn)給補償(#2208，簡稱：VIA)。

　　機床的切削精度和切削循環(huán)時間有很大的影響，增大沒定值則控制精度相應(yīng)提高，但機械容易發(fā)生振動。使用濾波器參數(shù)抑制機械振動．盡可能提高速度環(huán)增益1設(shè)定值，是伺服調(diào)整之關(guān)鍵所在。

　　速度環(huán)超前補償參數(shù)#2208主要決定速度環(huán)的低頻帶特性。標(biāo)準(zhǔn)值為1364， 高速高精度控制時的設(shè)定為1900。對于慣量較大的負(fù)載、有時標(biāo)準(zhǔn)值可能會下降。對于高速輪廓切削(通常F在1000mm／min以上)，為保證精度，VIA必須保持高的設(shè)定值(或標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)定)。對重視切削循環(huán)時間的機械而言，提高速度環(huán)超前補償值將改善相對位置指令的跟隨性，縮短位置滯后收縮至定位寬度的時間。在改善精度和循環(huán)時間方面，如果VGN1的設(shè)定值較大(接近標(biāo)準(zhǔn)值)，或使用與增加VGN1等效的干擾觀測器的功能，VIA的調(diào)整將會更加容易。

　　2.3 位置環(huán)

　　位置環(huán)的作用是保證系統(tǒng)的動態(tài)跟蹤性能。使系統(tǒng)穩(wěn)定運行。位置環(huán)的控制參數(shù)主要有：位置回路增1(#2203， 簡稱：PGN1)、位置回路增2 (#2204，簡稱：PGN2)、SHG控制增益(#2257，簡稱：SHGC)。PGN1是決定對指令位置跟隨性的參數(shù)，插補軸之間位置環(huán)增益應(yīng)設(shè)定為相同值。增加PGN1設(shè)定值，可提高對指令位置的跟隨性，縮短定位時間。

3 伺服驅(qū)動參數(shù)調(diào)整要領(lǐng)

　　雖然 菱M700／M70數(shù)控系統(tǒng)推出了MS CONFIGURATOR伺服驅(qū)動參數(shù)自動調(diào)整軟件．但自動計算的數(shù)據(jù)適用于通用場合，對于一些要求較高的情況，部分參數(shù)還需要根據(jù)實際測量結(jié)果進(jìn)行手動調(diào)整。伺服驅(qū)動參數(shù)調(diào)整主要從兩個方面人手：一是抑制機械振動：二是調(diào)整加工精度。

　　3.1 抑制振動的調(diào)整

　　提高速度環(huán)增益1設(shè)定值，機床控制精度相應(yīng)地提高．但機械容易誘發(fā)振動。所以抑制振動的調(diào)整原則是使用濾波器抑制振動的同時盡量提高速度環(huán)增益1設(shè)定值。

　　(1)濾波器設(shè)定方法

　　1)設(shè)定參數(shù)#2233、#2283選擇濾波器1、2、4、5，設(shè)定為振動頻率；

　　2)逐步提高濾波器深度補償值，調(diào)整為能夠消除共振的最佳值；

　　3)不能消除振動時，使用于其頻率相同的其它濾波器。

　　(2)電機因快速進(jìn)給發(fā)生振動或發(fā) 噪音的情況下，可以通過減小電機高速運轉(zhuǎn)時的速度環(huán)增益使其改善。因為切削進(jìn)給等使用的低速區(qū)域速度環(huán)增益仍可保持很高，所以可以在不降低加工精度情況下便可改善振動，#2206與#2229配合使用。

　　(3)電機停止時的振動抑制

　　如果電機停止時電機位置進(jìn)入機械的反向間隙中、負(fù)載慣量將變得非常小。由于其對負(fù)載慣量設(shè)定了非常大的VGN1，有時會發(fā)生振動。抖動補償通過忽略速度反饋的反向間隙部分的反饋脈沖，可抑制電機停止時發(fā)生的抖動。針對忽略脈沖數(shù)，可逐個增加，以設(shè)定能夠抑制振動的值。通過#2227的bit4、bit5設(shè)定忽略脈沖數(shù)。

　　3.2 調(diào)整加工精度及特性改善

　　抑制機械振動的同時盡量提高速度環(huán)設(shè)定值，然后可以進(jìn)行高速高精度調(diào)整。為縮短調(diào)整時間和提高精度．使用提高位置增益的前饋進(jìn)給控制，將容易誘發(fā)機械系統(tǒng)的振動。SHG控制通過更穩(wěn)定地補償伺服系統(tǒng)位置環(huán)的延遲，提高位置環(huán)的增益，縮短調(diào)整時間以及提高輪廓控制精度。

　　3.2.1 SHG控制模式

　　SHG控制時，要求PGN1：PGN2：SHGC=l：(8／3)：6。因此，即使PGN!的設(shè)定值相同，由于實際的位置環(huán)增益變大，故速度環(huán)需要足夠的響應(yīng)。速度環(huán)的響應(yīng)較低時，與正常控制時一樣，在加減速時將會發(fā)生振動和過沖。因發(fā)生機械共振而減少速度環(huán)增益時，請相應(yīng)減少位置環(huán)增益。

　　3.2.2 切削面精度或真圓度較差的改善措施

　　(1)切削面精度或真圓度較差，可通過增大速度環(huán)增益(VGN1、VIA)或使用干擾觀測功能進(jìn)行改善。提高切削表面精度的方法盡管有所不同，但都能提高速度環(huán)增益進(jìn)行調(diào)整，此時重要的是如何抑制機械共振。

　　(2)使用干擾觀察功能

　　干擾觀察是通過推斷干擾扭矩量來進(jìn)行補償，可減輕切削時的干擾和摩擦阻抗以及扭矩振動造成的影響，同時具有抑制因速度超前補償控制造成的振動的效果。干擾功能參數(shù)設(shè)定見表4。

　　(3)使用丟步補償功能

　　通過丟步補償功能來補償機械運行方向轉(zhuǎn)向時的響應(yīng)延時、摩擦、扭轉(zhuǎn)、伸縮、反向間隙所產(chǎn)生的刀紋、刀痕。丟步補償功能包含丟步補償1、丟步補償2、丟步補償3，通過參數(shù)#2227的bit8、bit9設(shè)定選擇丟步補償2有效，通過參數(shù)#2216(LMC1)及#2241(LMC2)設(shè)定補償量；參數(shù)#2282的bitl為1時，則選擇丟步補償3有效。在LMC補償?shù)脑O(shè)定中，首先必須測量機械的不平衡扭矩與摩擦扭矩。

　　1)測趨不平衡扭矩與摩擦扭矩

　　存要測定的軸上進(jìn)行往返運轉(zhuǎn)(F為1000mm／min左右)，在NC伺服監(jiān)視面面上顯示進(jìn)給時的負(fù)載電流。此時的不平衡扭矩與摩擦扭矩計算如下：

　　不平衡扭矩(％)=[(+進(jìn)給負(fù)載電流％)+(-進(jìn)給負(fù)載電流％)]／2

　　摩擦扭矩(%)=[(進(jìn)給負(fù)載電流％)-(-進(jìn)給負(fù)載電流％)]／2

　　2)在扭矩偏置#2232中設(shè)定不平衡扭矩。

　　3)LMC補償類型2的設(shè)定與調(diào)整

　　選擇伺服功能選擇1(#2227) 的bit9設(shè)為1，啟動LMC補償類型2功能；在丟步補償1(#2216)中以兩倍的摩擦扭矩設(shè)定補償量。#2241為0時，正負(fù)兩方向均以#2216的設(shè)定值進(jìn)行補償； 不同方向的突起量存在差別時，使用丟步補償2進(jìn)行調(diào)整。只進(jìn)行單方向補償時．禁止補償方向上的參數(shù)(#2216或#2241)設(shè)定為-1。希望存補償方向變更補償量時設(shè)定#2241。補償方向的設(shè)定如圖3所示，即按NC參數(shù)中的CW／CCW 設(shè)定。只需進(jìn)行單方面補償時，將不需補償，一側(cè)設(shè)定為-1。

　　最終的調(diào)整應(yīng)在實際切削的同時進(jìn)行設(shè)定。補償量不足時，按5％的增量逐漸增大#2216或#2241。但如果設(shè)定過大，相反可能出現(xiàn)過切現(xiàn)象。

　　4)LMC補償類型3

　　對應(yīng)丟步補償2無法補償?shù)模?因移動速度而引起機械系統(tǒng)的扭轉(zhuǎn)及伸縮而產(chǎn)生的誤差。通過設(shè)定機械系統(tǒng)的粘性系數(shù)(#2286)，即使移動速度有變化也可做到正確的補償。

　　在低速狀態(tài)下，測定真圓度的同時調(diào)整基本補償?shù)难a償量參數(shù)(#2216、#2241)；在高速狀態(tài)下，通過真圓度測定，調(diào)整粘性系數(shù)(#2286)，直至獲得滿意的真圓度。標(biāo)準(zhǔn)值是在補償中根據(jù)摩擦扭矩設(shè)定的值。最佳的補償量因切削條件如切削速度、切削半徑、刀具種類、工件材質(zhì)等而變化，最后應(yīng)在對目標(biāo)切削進(jìn)行試切削的基礎(chǔ)上，確定補償量。

4 結(jié)語

　　數(shù)控機床伺服驅(qū)動參數(shù)經(jīng)過最佳化調(diào)整后．其銑面精度得到極大的改善，消除了加工面的刀痕。數(shù)控機床伺服驅(qū)動參數(shù)的調(diào)整是一項十分復(fù)雜而繁瑣的工作，筆者整理了三菱數(shù)控伺服驅(qū)動參數(shù)設(shè)定，根據(jù)多年的經(jīng)驗，對其進(jìn)行了調(diào)整，具有重要的實際應(yīng)用價值。