数控机床系统产生振动爬行的原因及消除措施.pdfVIP

机电~ 件松, 栏 、 二 介 、, 莎月 朋e C h a tro n ic S 数控机床系统产生振动爬行的 原因及消除措施 ~ \ 、 ; , ~ ~ 才 曲海波 (威海职业技术学院工业技术系 2 64 21 0) 摘 要 关键词 : , J 二 二刁 数控系统振荡问题是数控机床调试或运行中常见的故障 , 本文介绍了数控机床伺服系统的控 制原理及产生振荡的原因分析 . 并提出了全闭环数控控制系统消除振荡的理论依据和方法 。 数控机床 ; 伺服系统 ; 振荡 ; 消除 数控系统的振荡现象已成为数控全闭环系统的共同性问 题 。 系统振荡时会造成机床产生爬行与振动故障 , 尤其在卧 式带立柱的Z轴和旋转数控工作台B轴 . 其系统出现振荡的 频率较高 。 该问题已成为影响数控设备正常使用和高度的重 要因素之一 。 1 产生振荡的原因分析 机床的振荡故障通常发生在机械部分和进给伺服系统 。 产生振荡的原因有很多 , 陈了机械方面存在不可消除的传动 间隙 、 弹性变形 、 摩擦阻力等诸多因素外 , 伺服系统的有关 参数的影响也是重要的一方面 。 伺服系统有交流和直流之分 , 本文主要讨论直流伺服系 统因参数影响引起的振荡 。 大部分数控机床采用的是全闭环 方式 , 其控制原理图如图 1所示 。 运动机构 臀匡孽团砷匡孽团、画画叶氰碳 速度反馈 位置反馈 图 , 数控全闭环伺服系统框图 由图 , 可分析 , 引起伺服系统振动的原因大致有四种情 况 : a . 位置环不良又引起输出电压不稳 ; 匕 . 速度环不良引 起的振动; c . 伺服系统可调定位器太大引起电压输出失真 ; d . 传动机械装l (如丝杆) 间隙太大 。 这些控制环的输出参数纽失真或机械传动装置间隙太大 都是引起振动的主要因素 。 它们都可以通过伺服控制系统进 行参数优化 。 2 消除振荡的基本措施 系统必须是在其局部半闭环系统不发生振荡的前提下进行参 数调整 , 所以两者大同小异 , 本文只讨论全闭环倩况下的参 数优化方法 。 2 . , . 1 降低位置环增益 在伺服系统中有参考的标准值 , 例如 FA NUCO 一 C系列 为 3 0 0 0 , 西门子 3 系统为 16 6 6 , 出现振荡可适当降低增 益 , 但不能降太多 , 因为要保证系统的稳态误差 。 2 . , . 2 降低负载惯量比 负载惯, 比一般设置在发生振动时所示参数的 7 0 % 左 右 , 如不能消除故障 , 不宜继续降低该参数值 。 2 . 1 . 3 加入比例微积分器 (PID ) 比例微积分器是一个多功能控制器 , 它不仅能有效地对 电流电压信号进行比例增益 , 同时可调节输出信号滞后成超 前的问题 , 振荡故障有时因输出电流电压发生滞后成超前情 况而产生 , 这时可通过 PI O 来调节输出电流电压相位 。 2 . 1 . 4 采用高频抑制功能 以上讨论的是有关低频振荡时参数优化方法 , 而有时数 控系统会因扩械上某些振荡原因产生反馈信号中含有高频谐 波 , 这使输出转矩里不桓定 , 从而产生振动 。 对于这种高频振荡情况 , 可在速度环上加入一阶低通滤 波环节 , 即为转矩滤波器 。 其控制原理如图 2 所示 。 转矩滤波 ~ ? 犷{ 速度控制器 {一} 一阶滤彼器 {一匡园 速度反馈 图 2 转矩滤波功能图 2 . 1 闭环伺服系统造成的振荡 有些数控伺服系统采用的是半闭环装置 , 而全闭环伺服 图2 表明 , 速度指令与速度反馈信号经速度控制器转化 为转矩信号 , 转矩信号通过一阶滤波环节将高频成分截止 , 从而得到有效的转矩控制信号 。 通过调节参数可将机械产生 的 , OOH z 以上的频率截止 , 从而达到消除高频振荡的效果 。 第子一卷 ZJ 机电~ 你化专栏 ‘ 了 储价台灼器孰念刃 2 . 1 . 5 采用双位置反馈功能 双反馈是一种改变控制方式的方法 , 可在同一个系统选 择半闭环成全闭环方式 , 其原理图如图 3所示 。 机械速度 来自电机位置反馈 位置转换 一Q、匕竺 叫 一 速度反馈 速度反馈 己一回 位t 反馈 二画~ 迎蚤 二 画 一 画 一颤 图 4 机械速度反馈控制框图 来自编码器位置反馈 图 3 多位里反馈控制框图 由图 3可看出 , 误差控制器 E R , 和 E R Z 分别被用于全 闭环和半闭环系统中 。 一阶延时环节的传递函数为 (1 + : S ) 一 , , 可见实际误差E R主要取决于一阶延时环节中时间常 数 T 的取值 : 若 下 = 0 , 则 (1 + r s ) 一 1 = 1 , E R = E R I + (ER Z 一 E R I) 二 E R Z , 可见在此倩况下该系统处于全闭环控制 误差 , 从而可以