1 引言

　　數(shù)控設(shè)備的精度及運(yùn)轉(zhuǎn)性能主要取決與其配套的伺服系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置，因而數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)整技術(shù)是設(shè)備調(diào)試過(guò)程中最為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，是一個(gè)值得我們進(jìn)行深入分析和研究的重要內(nèi)容。現(xiàn)階段，由于數(shù)控產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈，各品牌的數(shù)控設(shè)備制造商紛紛推出了具有個(gè)性化功能的伺服系統(tǒng)，因而針對(duì)不同廠家的數(shù)控系統(tǒng)，其伺服調(diào)整的方法也各自不同，為調(diào)試人員定量的評(píng)估設(shè)備參數(shù)調(diào)整效果帶來(lái)了極大的不便和困難，甚至有時(shí)會(huì)導(dǎo)致數(shù)控機(jī)床的動(dòng)態(tài)性能失真，最佳的性能指標(biāo)無(wú)法得到正常發(fā)揮，嚴(yán)重影響了數(shù)控設(shè)備的有效使用。同時(shí)，由于伺服系統(tǒng)參數(shù)調(diào)整難度的增加，對(duì)調(diào)試人員的技術(shù)水平及經(jīng)驗(yàn)也有了一定的限制和要求，從一方面來(lái)講這也無(wú)疑增加了企業(yè)的成本投入。

　　在此背景下，本文作者設(shè)計(jì)開發(fā)了一套基于三菱系統(tǒng)及其伺服驅(qū)動(dòng)器輸出功能的測(cè)試分析系統(tǒng)，這套系統(tǒng)的應(yīng)用不僅可以實(shí)現(xiàn)數(shù)控設(shè)備的運(yùn)動(dòng)過(guò)程參數(shù)采集，而且其內(nèi)置的圖形交互功能，使伺服參數(shù)調(diào)整過(guò)程的可視化及對(duì)其調(diào)整效果的定量評(píng)估變?yōu)榭赡堋?/span>

2 三菱伺服系統(tǒng)的調(diào)整原理

　　三環(huán)式控制方式是三菱伺服系統(tǒng)所采用的關(guān)鍵控制原理，電流環(huán)、速度環(huán)及位置環(huán)是三環(huán)式控制結(jié)構(gòu)中的基本組成。其中，電流環(huán)能夠提高系統(tǒng)的加速性，在確保系統(tǒng)具有足夠的加速扭矩值的條件下，限制系統(tǒng)中的最大電流；而速度環(huán)的作用是抑制電流環(huán)的內(nèi)部擾動(dòng)及速度波動(dòng)對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾，增強(qiáng)系統(tǒng)的抗擾動(dòng)能力，保障系統(tǒng)正常、安全的運(yùn)行；位置環(huán)則是整個(gè)伺服系統(tǒng)穩(wěn)定、性能運(yùn)行的保障，它可以確保系統(tǒng)的靜態(tài)精度和動(dòng)態(tài)根據(jù)性能在可控的范圍之內(nèi)。另外，由于設(shè)備自身的控制機(jī)制與用戶對(duì)伺服系統(tǒng)參數(shù)控制要求達(dá)到的效果具有一定的差異性，因而在伺服系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)整過(guò)程中，應(yīng)結(jié)合設(shè)備的工況條件，明確設(shè)備自身控制機(jī)制的特點(diǎn)，予以綜合考慮。

　　通常情況下，對(duì)于設(shè)備自身的伺服系統(tǒng)而言，當(dāng)控制過(guò)程中出現(xiàn)內(nèi)環(huán)比外環(huán)響應(yīng)快的情況，則認(rèn)為控制穩(wěn)定，確認(rèn)伺服系統(tǒng)的參數(shù)調(diào)整合理。而對(duì)于用戶而言，伺服系統(tǒng)的參數(shù)調(diào)整是一個(gè)復(fù)雜的決策過(guò)程，在這一過(guò)程中，要考慮增益情況對(duì)系統(tǒng)的響應(yīng)速度、穩(wěn)定性及抗噪能力的影響，要在確保數(shù)控系統(tǒng)整體性能的條件下，調(diào)整系統(tǒng)內(nèi)的各項(xiàng)環(huán)路參數(shù)指標(biāo)，使整個(gè)數(shù)控體系能夠達(dá)到協(xié)調(diào)和平衡的狀態(tài)。

3 伺服系統(tǒng)的構(gòu)成

　　三菱伺服系統(tǒng)組成包括兩個(gè)方面：一是作為伺服調(diào)整對(duì)象的數(shù)控機(jī)床，二是用于伺服參數(shù)調(diào)整的測(cè)試系統(tǒng)。

　　3.1 數(shù)控機(jī)床

　　本文中涉及及討論的數(shù)控設(shè)備為三菱XH7132加工中心綜合試驗(yàn)臺(tái)，此設(shè)備由機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)試驗(yàn)臺(tái)兩部分組成，其可用于CNC技術(shù)培訓(xùn)，也可用于數(shù)控加工。

　　3.2 測(cè)試系統(tǒng)組的構(gòu)建

　　三菱MDS．R—V1V2伺服驅(qū)動(dòng)器中內(nèi)置有各種控制數(shù)據(jù)的D／A輸出功能。通過(guò)特定的參數(shù)設(shè)置，可以輸出位置、速度、電流等信號(hào)，通過(guò)采集、分析這些信號(hào)，就可以了解數(shù)控機(jī)床的伺服性能。該測(cè)試系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)、數(shù)字示波器、1L1912接口板和SH21通訊線等組成。利用采集到的機(jī)床運(yùn)動(dòng)參數(shù)信息，在計(jì)算機(jī)上計(jì)算、分析機(jī)床運(yùn)動(dòng)的速度跟隨誤差、位置跟隨誤差等，作為伺服參數(shù)調(diào)整的反饋信息，使得參數(shù)調(diào)整更加直觀，而且可以定量地評(píng)估調(diào)整誤差。

4 三菱數(shù)控系統(tǒng)伺服調(diào)整實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析

　　數(shù)控系統(tǒng)伺服調(diào)整的一般步驟為：首先調(diào)整電流環(huán)參數(shù)(三菱電流環(huán)增益由電機(jī)和伺服單元的組合決定，按標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)值設(shè)定參數(shù))，然后調(diào)整速度環(huán)參數(shù)，最后調(diào)整位置環(huán)參數(shù)。只有電流環(huán)和速度環(huán)的伺服參數(shù)設(shè)置合適，才能得到較高的位置環(huán)性能，數(shù)控機(jī)床的位置精度和跟隨精度才可能得到提高。作者采用文中的測(cè)試系統(tǒng)，以速度環(huán)參數(shù)的調(diào)整為例進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

　　4.1 速度環(huán)增益調(diào)整

　　三菱數(shù)控系統(tǒng)速度環(huán)參數(shù)調(diào)整應(yīng)按照一定的標(biāo)準(zhǔn)流程進(jìn)行。速度環(huán)參數(shù)測(cè)試過(guò)程中，采用觀察指令速度和反饋速度的方法來(lái)確定伺服參數(shù)設(shè)置是否合適，伺服驅(qū)動(dòng)器D／A接口輸出指令速度和反饋速度的參數(shù)設(shè)置也應(yīng)按一定的參數(shù)設(shè)置原則進(jìn)行。速度環(huán)增益是決定伺服控制響應(yīng)性的重要參數(shù)，對(duì)機(jī)床的切削精度和循環(huán)時(shí)間有很大影響。需要說(shuō)明的是：伺服系統(tǒng)的響應(yīng)特性不僅與速度環(huán)增益有關(guān)，而且與系統(tǒng)負(fù)載慣量也直接相關(guān)。因此在速度環(huán)參數(shù)調(diào)整前，要先測(cè)量傳動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)載慣量比，并設(shè)定慣量比相關(guān)參數(shù)。文中的測(cè)試系統(tǒng)也可以用于機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)負(fù)載慣量比的測(cè)定，具體測(cè)試方法不再贅述。

　　4.2 結(jié)果分析

　　對(duì)數(shù)控機(jī)床X軸的伺服系統(tǒng)分別設(shè)置兩組速度環(huán)參數(shù)，基于這兩組速度參數(shù)，數(shù)控機(jī)床X軸將依據(jù)一定的電機(jī)運(yùn)動(dòng)速度指令曲線進(jìn)行快速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中可分別采集實(shí)際速度輸出信號(hào)，并繪制速度誤差曲線，進(jìn)行詳細(xì)的分析可得出，不同的速度環(huán)參數(shù)對(duì)速度跟隨誤差影響較大，采集觀察電機(jī)運(yùn)動(dòng)指標(biāo)曲線不僅可以了解其伺服性能優(yōu)劣，還可以根據(jù)觀測(cè)到的速度曲線進(jìn)行速度環(huán)參數(shù)的調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)參數(shù)調(diào)整過(guò)程的圖形交互。

5 結(jié)語(yǔ)

　　在工程實(shí)踐中，由于數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的特殊性和復(fù)雜性，其參數(shù)調(diào)整已經(jīng)成為困擾著眾多調(diào)試人員的難題，時(shí)常導(dǎo)致工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)大量數(shù)控機(jī)床的伺服無(wú)法正常工作的情況，嚴(yán)重影響了企業(yè)的生產(chǎn)效率。而從另一方面也可以看出，數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)整確是一個(gè)復(fù)雜而耗時(shí)的過(guò)程，加之各品牌廠家的技術(shù)保護(hù)政策，致使現(xiàn)場(chǎng)使用人員無(wú)法對(duì)伺服的性能進(jìn)行了解和調(diào)試。因而本文針對(duì)現(xiàn)有數(shù)控設(shè)備開發(fā)設(shè)計(jì)的伺服參數(shù)調(diào)整測(cè)試系統(tǒng)，不僅為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的一線調(diào)試人員提供了可靠的技術(shù)支持，而且其對(duì)于數(shù)控設(shè)備運(yùn)動(dòng)指標(biāo)參數(shù)的可視化操作也為更加直觀的分析和評(píng)價(jià)伺服性能調(diào)整效果提供了堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義和借鑒作用。