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数控系统伺服驱动优化方法
作者：康世斌来源：《科技与创新》2014年第24期
摘要：如何提高伺服驱动系统的动态特性和零件加工精度，是维修、调试人员必须掌握的一项工作。机床各轴的驱动、电机的数据，比如速度环、位置环的增益会直接影响轴的动态运行特性。如果这些参数设置不当，就可能出现机床振动、伺服电机啸叫等现象，使加工无法进行，甚至导致丝杆或导轨损坏。目前，数控机床配置的数控系统主要为日本的FANUC和德国的SIEMENS系统。以这2种系统为例，阐述了驱动参数的优化方法及其具有的实际意义。关键词：伺服驱动；速度环；位置环；优化设计中图分类号：TG659文献标识码：A文章编号：20956835（2014）240012031优化的基本原理伺服驱动优化的目的是使机电系统的匹配达到最佳选择，从而获得较高的稳定性和动态性能。在数控机床中，机电系统间的不匹配通常会引起机床震动、加工零件表面过切或表面质量不合格等问题。尤其在磨具加工中，优化伺服驱动是必须的。数控系统伺服驱动包括3个反馈回路，即位置回路、速度回路和电流回路，具体如图1所示。最内环回路的反应速度最快，但中间环节的反应速度必须高于最外环。如果没有遵守上述原则，则会造成震动或反应不良。伺服优化的一般原则为“位置控制回路的速度不能高于速度控制回路的反应速度”。因此，如果要增加位置回路增益，则必须先增加速度回路的增益。如果仅增加了位置回路增益，机床则很容易振动，进而使速度指令和定位时间增加。在优化伺服时，必须了解机床的机械性能，这是因为系统优化是建立在机械装配的性能上的。因此，不仅要确保伺服驱动的反应，还必须确保机械系统具备高刚性。2FANUC0iC系统的优化过程以日本的FANUC0iC系统为例，主要优化伺服的调整画面，其画面如图2所示。将功能位参数P2003的位3设定为“1”，回路增益参数P1825设定为“3000”，速度增益参数P2021从200增加，每增加100后，采用JOG移动坐标检测是否震动，或检测伺服波形（TCMD）是否平滑。值得注意的是，速度增益负载惯量比（参数P2021）256256×100负载惯量比表示电机的惯量和负载的惯量比，其直接与具体的机床相关，一定要调整。
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在伺服波形显示中，将参数P31120改为“1”（调整完成后，还原0），关机后重新开机。将采样时间设定为“5000”后，如果要调整X轴，则设定数据为“51”，并检查实际速度，具体如图3所示。启动时，如果波形不光滑，r