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1 引言

數(shù)控機床伺服驅動參數(shù)調整的好壞，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，都進行過伺服驅動參數(shù)基本設定，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，由于伺服驅動參數(shù)沒有進行最佳調整。造成電氣系統(tǒng)與機械特性匹配不合理．導致加丁中出現(xiàn)質量問題。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．筆者總結了伺服驅動參數(shù)調整要領及伺服驅動參數(shù)設定與調整方法。

2 伺服驅動參數(shù)分析

(資料圖片僅供參考)

三菱伺服驅動控制原理如圖1所示。

三菱伺服驅動系統(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軸進給補償#2209、電流回路d軸進給補償#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)電機型號設定相對應的標準值。

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設定值，是伺服調整之關鍵所在。

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。標準值為1364， 高速高精度控制時的設定為1900。對于慣量較大的負載、有時標準值可能會下降。對于高速輪廓切削(通常F在1000mm／min以上)，為保證精度，VIA必須保持高的設定值(或標準值設定)。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的設定值較大(接近標準值)，或使用與增加VGN1等效的干擾觀測器的功能，VIA的調整將會更加容易。

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)增益應設定為相同值。增加PGN1設定值，可提高對指令位置的跟隨性，縮短定位時間。

3 伺服驅動參數(shù)調整要領

雖然 菱M700／M70數(shù)控系統(tǒng)推出了MS CONFIGURATOR伺服驅動參數(shù)自動調整軟件．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)實際測量結果進行手動調整。伺服驅動參數(shù)調整主要從兩個方面人手：一是抑制機械振動：二是調整加工精度。

3.1 抑制振動的調整

提高速度環(huán)增益1設定值，機床控制精度相應地提高．但機械容易誘發(fā)振動。所以抑制振動的調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設定值。相關參數(shù)說明如表1所示。

(1)濾波器設定方法

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

2)逐步提高濾波器深度補償值，調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時的速度環(huán)增益使其改善。因為切削進給等使用的低速區(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入機械的反向間隙中、負載慣量將變得非常小。由于其對負載慣量設定了非常大的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，以設定能夠抑制振動的值。通過#2227的bit4、bit5設定忽略脈沖數(shù)。

3.2 調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)設定值，然后可以進行高速高精度調整。為縮短調整時間和提高精度．使用提高位置增益的前饋進給控制，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。速度環(huán)的響應較低時，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)增益進行調整，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向時的響應延時、摩擦、扭轉、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設定選擇丟步補償2有效，通過參數(shù)#2216(LMC1)及#2241(LMC2)設定補償量；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定中，首先必須測量機械的不平衡扭矩與摩擦扭矩。丟步補償前后圓切削軌跡如圖2所示。

1)測趨不平衡扭矩與摩擦扭矩

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

不平衡扭矩(％)=[(+進給負載電流％)+(-進給負載電流％)]／2

摩擦扭矩(%)=[(進給負載電流％)-(-進給負載電流％)]／2

2)在扭矩偏置#2232中設定不平衡扭矩。

3)LMC補償類型2的設定與調整

選擇伺服功能選擇1(#2227) 的bit9設為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定補償量。#2241為0時，正負兩方向均以#2216的設定值進行補償； 不同方向的突起量存在差別時，使用丟步補償2進行調整。只進行單方向補償時．禁止補償方向上的參數(shù)(#2216或#2241)設定為-1。希望存補償方向變更補償量時設定#2241。補償方向的設定如圖3所示，即按NC參數(shù)中的CW／CCW 設定。只需進行單方面補償時，將不需補償，一側設定為-1。

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

4)LMC補償類型3

對應丟步補償2無法補償?shù)模?因移動速度而引起機械系統(tǒng)的扭轉及伸縮而產(chǎn)生的誤差。通過設定機械系統(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，調整粘性系數(shù)(#2286)，直至獲得滿意的真圓度。標準值是在補償中根據(jù)摩擦扭矩設定的值。最佳的補償量因切削條件如切削速度、切削半徑、刀具種類、工件材質等而變化，最后應在對目標切削進行試切削的基礎上，確定補償量。

4 結語

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

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