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    數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)爬行的原因

    2014年07月26日 08:31點(diǎn)擊:1961來源:溫嶺市大眾精密機(jī)械有限公司>>進(jìn)入該公司展臺(tái)

      摘要:數(shù)控系統(tǒng)振蕩問題是數(shù)控機(jī)床調(diào)試或運(yùn)行中常見的故障,本文介紹了數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)的控制原理及產(chǎn)生振蕩的原因分析并提出了全閉環(huán)控制系統(tǒng)消除振蕩的理論依據(jù)和方法。
      
      一、引言
      
      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)的共同性問題。系統(tǒng)振蕩時(shí)會(huì)造成機(jī)床產(chǎn)生爬行與振動(dòng)故障,尤其在臥式帶立柱的軸和旋轉(zhuǎn)數(shù)控工作臺(tái)軸其系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩的頻率較高。該問題已成為影響數(shù)控設(shè)備正常使用的重要因素之一。
      
      二、產(chǎn)生振蕩的原因分析
      
      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)。產(chǎn)生振蕩的原因有很多,陳了機(jī)械方面存在不可消除的傳動(dòng)間隙、彈性變形、摩擦阻力等諸多因素外,伺服系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)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(shù)影響引起的振蕩。大部分?jǐn)?shù)控機(jī)床采用的是全閉環(huán)方式,其控制原理圖如圖所示。
      
      由圖可分析,引起伺服系統(tǒng)振動(dòng)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(dòng);c伺服系統(tǒng)可調(diào)定位器太大引起電壓輸出失真;d傳動(dòng)機(jī)械裝如絲杠間隙太大。這些控制環(huán)的輸出參數(shù)失真或機(jī)械傳動(dòng)裝置間隙太大都是引起振動(dòng)的主要因素。它們都可以通過伺服控制系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化。
      
      三、消除振蕩的基本措施
      
      (一)閉環(huán)伺服系統(tǒng)造成的振蕩
      
      有些數(shù)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(jìn)行參數(shù)調(diào)整,所以兩者大同小異,本文只討論全閉環(huán)情況下的參數(shù)優(yōu)化方法。
      
      (二)降低位置環(huán)增益
      
      在伺服系統(tǒng)中有參考的標(biāo)準(zhǔn)值,例如FANUC0-C系列為3000,西門子3系統(tǒng)為1666,出現(xiàn)振蕩可適當(dāng)降低增益,但不能降太多,因?yàn)橐WC系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。
      
      (三)降低負(fù)載慣量比
      
      負(fù)載慣量比一般設(shè)置在發(fā)生振動(dòng)時(shí)所示參數(shù)的70%左右,如不能消除故障,不宜繼續(xù)降低該參數(shù)值。
      
      (四)加入比例微積分器(PID)
      
      比例微積分器是一個(gè)多功能控制器,它不僅能有效地對(duì)電流電壓信號(hào)進(jìn)行比例增益,同時(shí)可調(diào)節(jié)輸出信號(hào)滯后成超前的問題,振蕩故障有時(shí)因輸出電流電壓發(fā)生滯后成超前情況而產(chǎn)生,這時(shí)可通過PID來調(diào)節(jié)輸出電流電壓相位。
      
      (五)采用高頻抑制功能
      
      以上討論的是有關(guān)低頻振蕩時(shí)參數(shù)優(yōu)化方法,而有時(shí)數(shù)控系統(tǒng)會(huì)因機(jī)械上某些振蕩原因產(chǎn)生反饋信號(hào)中含有高頻諧波,這使輸出轉(zhuǎn)矩里不恒定,從而產(chǎn)生振動(dòng)。對(duì)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(zhuǎn)矩濾波器。其控制原理如圖所示。
      
      圖2表明,速度指令與速度反饋信號(hào)經(jīng)速度控制器轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩信號(hào),轉(zhuǎn)矩信號(hào)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(zhuǎn)矩控制信號(hào)。通過調(diào)節(jié)參數(shù)可將機(jī)械產(chǎn)生的100Hz以上的頻率截止,從而達(dá)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(jìn)行,從而大大提高了系統(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)上可知,該系統(tǒng)可在停止?fàn)顟B(tài)下進(jìn)行全閉環(huán)誤差調(diào)整,在過渡狀態(tài)下可進(jìn)行半閉環(huán)調(diào)整。現(xiàn)以FANUC0-C為例,將具體參數(shù)調(diào)整過程進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。首先設(shè)參數(shù)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(shè)置為0;P8478(分子)和P8479(分母)為上圖中位轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)的常數(shù)設(shè)置,可根據(jù)要求設(shè)置;P8480為一階延時(shí)環(huán)節(jié)的參數(shù)設(shè)置代號(hào),其設(shè)置范圍為:10~300mS,一般設(shè)定為100mS左右;P8481為零點(diǎn)幅度,一般情況下為0,但因振蕩可適當(dāng)調(diào)高一點(diǎn)。
      
      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(diào)試過程中有很好的參數(shù)優(yōu)化和保證系統(tǒng)穩(wěn)定性的功能。

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