機(jī)床的振蕩故障通常發(fā)生在機(jī)械部分和進(jìn)給伺服系統(tǒng)。造成振蕩的原因有很多。除了機(jī)械方面不可避免的傳動(dòng)間隙、彈性變形、摩擦阻力等諸多因素外，伺服系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)的影響也是一個(gè)重要方面。伺服系統(tǒng)分為交流伺服系統(tǒng)和直流伺服系統(tǒng)。本文主要討論直流伺服系統(tǒng)由于參數(shù)的影響而產(chǎn)生的振蕩。大多數(shù)數(shù)控機(jī)床采用全閉環(huán)方式。
伺服系統(tǒng)振動(dòng)的原因大致有四種：a、位置環(huán)不良，輸出電壓不穩(wěn)定；b、 速度環(huán)不良引起的振動(dòng)；c、伺服系統(tǒng)可調(diào)定位器過(guò)大，電壓輸出失真；d. 螺桿間隙過(guò)大。這些控制回路輸出參數(shù)的畸變或機(jī)械傳動(dòng)裝置間隙過(guò)大是引起振動(dòng)的主要因素。它們都可以通過(guò)伺服控制系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化。
如何消除振蕩？
1、閉環(huán)伺服系統(tǒng)引起的振蕩：有些數(shù)控伺服系統(tǒng)采用半閉環(huán)裝置，全閉環(huán)伺服系統(tǒng)必須在局部半閉環(huán)系統(tǒng)不振蕩的前提下調(diào)整參數(shù)。因此，兩者是相似的。討論全閉環(huán)情況下的參數(shù)優(yōu)化方法。
2、減小位置環(huán)增益：伺服系統(tǒng)中有參考標(biāo)準(zhǔn)值，例如FANUC0-C系列為3000，西門(mén)子3系為1666。如果出現(xiàn)振蕩，可減小增益適當(dāng)，但不能太多，因?yàn)橐ＷC系統(tǒng)的穩(wěn)定性。狀態(tài)錯(cuò)誤。
3、降低負(fù)載慣量比：負(fù)載慣量比一般設(shè)置為振動(dòng)發(fā)生時(shí)所示參數(shù)的70%左右。如果故障無(wú)法排除，則不建議繼續(xù)減小參數(shù)值。
4、添加比例微積分（PID）：比例微積分是一個(gè)多功能控制器，不僅可以有效地對(duì)電流、電壓信號(hào)獲得比例增益，還可以調(diào)節(jié)輸出信號(hào)滯后于超前問(wèn)題。振蕩故障有時(shí)是由于輸出電流和電壓滯后和超前造成的，此時(shí)可以通過(guò)PID調(diào)節(jié)輸出電流和電壓相位。
5、采用高頻抑制功能：上面討論的是低頻振蕩的參數(shù)優(yōu)化方法，有時(shí)數(shù)控系統(tǒng)會(huì)因?yàn)闄C(jī)床上的一些振蕩原因，在反饋信號(hào)中產(chǎn)生高頻諧波，這使得輸出扭矩不恒定，導(dǎo)致振動(dòng)。對(duì)于這種高頻振蕩，可以在速度環(huán)中加入一階低通濾波器環(huán)節(jié)，即扭矩濾波器。
速度指令和速度反饋信號(hào)由速度控制器轉(zhuǎn)換成扭矩信號(hào)。扭矩信號(hào)經(jīng)過(guò)一階濾波環(huán)節(jié)，濾除高頻成分，從而得到有效的扭矩控制信號(hào)。通過(guò)調(diào)整參數(shù)，可以將機(jī)器產(chǎn)生的100Hz以上的頻率截?cái)?，從而達(dá)到消除高頻振蕩的效果。綜上所述，采用雙位置反饋使得系統(tǒng)可以工作在全閉環(huán)和半閉環(huán)模式下，大大增加了系統(tǒng)的調(diào)節(jié)范圍，也增加了系統(tǒng)的調(diào)節(jié)參數(shù)。
從時(shí)間常數(shù)可以看出，系統(tǒng)在停止?fàn)顟B(tài)下可以進(jìn)行全閉環(huán)誤差調(diào)整，以及過(guò)渡狀態(tài)下的半閉環(huán)調(diào)節(jié)。現(xiàn)以FANUC0-C為例，簡(jiǎn)單介紹一下具體的參數(shù)調(diào)整過(guò)程。首先將參數(shù)P8411#（DPFB）設(shè)置為1，即選擇雙位置反饋功能；P8499為位置反饋?zhàn)畲蠓?，一般設(shè)置為0；P8478（分子）和P8479（分母）是中間位置轉(zhuǎn)換鏈接的常數(shù)設(shè)置?？筛鶕?jù)需要設(shè)定；P8480是一階延時(shí)環(huán)節(jié)的參數(shù)設(shè)置代碼，其設(shè)置范圍為：10~300mS，一般設(shè)置為100mS左右；P8481是零幅度，一般為0，但由于振蕩較高，可以適當(dāng)調(diào)整。雙位置反饋功能是一種更加靈活的糾錯(cuò)方法。
數(shù)控系統(tǒng)的振蕩現(xiàn)象已成為數(shù)控全閉環(huán)系統(tǒng)的通病。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生振蕩時(shí)，會(huì)導(dǎo)致機(jī)床出現(xiàn)爬行和振動(dòng)故障，特別是在有立柱的水平軸和旋轉(zhuǎn)數(shù)控工作臺(tái)的軸上，系統(tǒng)振蕩頻率較高。這一問(wèn)題已成為影響數(shù)控設(shè)備正常使用的重要因素之一。
