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數控機床系統(tǒng)為何會產生振動爬行

更新時間:2015-01-27      點擊次數:2656
  機床的振蕩故障通常發(fā)生在機械部分和進給伺服系統(tǒng)。產生振蕩的原因有很多,陳了機械方面存在不可消除的傳動間隙、彈性變形、摩擦阻力等諸多因素外,伺服系統(tǒng)的有關參數的影響也是重要的一方面。伺服系統(tǒng)有交流和直流之分,本文主要討論直流伺服系統(tǒng)因參數影響引起的振蕩。大部分數控機床采用的是全閉環(huán)方式。
  
  引起伺服系統(tǒng)振動的原因大致有四種情況:a位置環(huán)不良又引起輸出電壓不穩(wěn);b速度環(huán)不良引起的振動;c伺服系統(tǒng)可調定位器太大引起電壓輸出失真;d傳動機械裝如絲杠間隙太大。這些控制環(huán)的輸出參數失真或機械傳動裝置間隙太大都是引起振動的主要因素。它們都可以通過伺服控制系統(tǒng)進行參數優(yōu)化。
  
  應該如何進行消除振蕩?
  
  1.閉環(huán)伺服系統(tǒng)造成的振蕩:有些數控伺服系統(tǒng)采用的是半閉環(huán)裝置,而全閉環(huán)伺服系統(tǒng)必須是在其局部半閉環(huán)系統(tǒng)不發(fā)生振蕩的前提下進行參數調整,所以兩者大同小異,本文只討論全閉環(huán)情況下的參數優(yōu)化方法。
  
  2.降低位置環(huán)增益:在伺服系統(tǒng)中有參考的標準值,例如FANUC0-C系列為3000,西門子3系統(tǒng)為1666,出現振蕩可適當降低增益,但不能降太多,因為要保證系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。
  
  3.降低負載慣量比:負載慣量比一般設置在發(fā)生振動時所示參數的70%左右,如不能消除故障,不宜繼續(xù)降低該參數值。
  
  4.加入比例微積分器(PID):比例微積分器是一個多功能控制器,它不僅能有效地對電流電壓信號進行比例增益,同時可調節(jié)輸出信號滯后成超前的問題,振蕩故障有時因輸出電流電壓發(fā)生滯后成超前情況而產生,這時可通過PID來調節(jié)輸出電流電壓相位。
  
  5.采用高頻抑制功能:以上討論的是有關低頻振蕩時參數優(yōu)化方法,而有時數控系統(tǒng)會因機械上某些振蕩原因產生反饋信號中含有高頻諧波,這使輸出轉矩里不恒定,從而產生振動。對于這種高頻振蕩情況,可在速度環(huán)上加入一階低通濾波環(huán)節(jié),即為轉矩濾波器。
  
  速度指令與速度反饋信號經速度控制器轉化為轉矩信號,轉矩信號通過一階濾波環(huán)節(jié)將高頻成分截止,從而得到有效的轉矩控制信號。通過調節(jié)參數可將機械產生的100Hz以上的頻率截止,從而達到消除高頻振蕩的效果。綜上所述,利用雙位反饋可使系統(tǒng)在全閉環(huán)和半閉環(huán)兩種方式下進行,從而大大提高了系統(tǒng)的調節(jié)范圍,也增加了系統(tǒng)的調節(jié)參數。從時間常數上可知,該系統(tǒng)可在停止狀態(tài)下進行全閉環(huán)誤差調整,在過渡狀態(tài)下可進行半閉環(huán)調整?,F以FANUC0-C為例,將具體參數調整過程進行簡單介紹。首先設參數P8411#(DPFB)為1,即為選擇雙位置反饋功能;P8499為位置反饋的zui大振幅,一般設置為0;P8478(分子)和P8479(分母)為中位轉換環(huán)節(jié)的常數設置,可根據要求設置;P8480為一階延時環(huán)節(jié)的參數設置代號,其設置范圍為:10~300mS,一般設定為100mS左右;P8481為零點幅度,一般情況下為0,但因振蕩可適當調高一點。雙位反饋功能是一種比較靈活的誤差修正方式,在系統(tǒng)調試過程中有很好的參數優(yōu)化和保證系統(tǒng)穩(wěn)定性的功能。
  
  數控系統(tǒng)的振蕩現象已成為數控全閉環(huán)系統(tǒng)的共同性問題。系統(tǒng)振蕩時會造成機床產生爬行與振動故障,尤其在臥式帶立柱的軸和旋轉數控工作臺軸其系統(tǒng)出現振蕩的頻率較高。該問題已成為影響數控設備正常使用的重要因素之一。

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