驅動優化在數控機床故障處理中的應用

聞發祥 王力飛

（中國航天科技集團第四研究院7414廠 西安）

數控系統的主要功能是將NC程序轉變成相應軸的機械位移，在軸位移過程中，特別在模具高速加工中，良好的動態特性和穩定性是驅動穩定高效運行的關鍵。一般在機床調試時系統會給定一組相應軸的默認參數，這些參數多是為保證系統正常運行比較保守的參數，驅動優化目的是在現有基礎上盡可能提高系統動態性。了解驅動優化的原理和流程后，機床維修人員可利用驅動優化的相關功能跟蹤測量系統的一些重要參數，并利用優化測試結果進行一些故障診斷或簡單的優化調整。

1.沈陽第一機床廠HTM2050車鏜復合專機，在加工產品過程中，出現圓度超差，同時銑完的外圓表面Y軸方向有明顯的兩條對稱凸起棱。

該機床使用西門子840D系統，通過操作面板可方便地對加工軸Y、Z軸進行圓度測試（圖1）。觀察分析圓度測試顯示出的圓狀態，初步認為問題原因有兩方面。

圖1 圓度測試

（1）兩軸速度不匹配，插補效果差導致圓軌跡變形。使用西門子動態匹配功能，在速度較快的Z軸設置動態匹配參數（MD32900，MD32910）。這樣數控系統就會根據參數適當降低該軸速度，使之與另一個軸的速度相匹配。進行圓度測試，兩軸插補效果良好。

（2）其次是Y軸過象限誤差過大，出現過象限點凸起。采用過象限誤差補償彌補，調整摩擦補償時常用的參數有MD32500（摩擦補償是否生效）、MD32520（摩擦補償的幅值）和MD 32540（摩擦補償的時間常數）。此次補償值設置較大，Y軸凸起現象仍沒有改觀。使用840D系統的伺服軌跡功能檢查Y軸的跟隨誤差，發現Y軸跟隨誤差超過2.32 mm，判斷機械傳動結構松動，設置的補償值被傳動間隙淹沒未生效。檢查確認是Y軸電機同步帶松，調緊同步帶后，故障排除。

2.濟南第二機床廠的TK2420鏜銑床在加工過程中，出現加工外圓尺寸超差，系統無報警。

該機床采用西門子840D系統，利用系統的圓度測試功能檢查兩個加工軸的輪廓精度（圖2）。數控系統執行1個圓弧指令，如果合成圓弧軌跡的兩個坐標軸的位置跟隨誤差不同，某個軸跟隨誤差較大，則使得實際軌跡呈橢圓。位置跟隨誤差值與該坐標位置控制器增益有關，位置控制器增益越高，位置跟隨誤差越小。結合圓度測試的圓狀態看，初步認為是X、Y兩個坐標軸的位置控制增益不匹配。進入參數設置界面，發現X軸和Y軸的位置環增益 MD32200：POSCTRL_GAIN（kV因子）=1，應該是沒問題。由于調試位置控制器增益的前提是速度控制具有較高的增益，若驅動系統的速度控制器特性軟（速度跟隨誤差大），則直接調試位置控制器增益可能不會減小位置跟隨誤差。通過840D系統的自動優化設置功能，調整速度控制增益參數，圓度測試結果有較大改善（圖3），圓度誤差由931.749 μm 減小到13.744 μm。

3.國產大型定梁龍門鏜銑床開機后一段時間，系統出現300515軸X驅動散熱器溫度超差報警。

該機床使用SIMODRIVE 611D驅動配置，通過冷卻體上的溫度開關獲得功率部件溫度并反饋到檢測系統。以往類似的溫度高報警均因風扇不轉，造成周圍溫度過高、散熱通風不良等。初步判斷是驅動器風扇壞或驅動器內部太臟散熱不良。從配電柜拆下驅動模塊，用壓縮空氣吹掉電路板外面灰塵，取出散熱風扇，清理葉片上的油污后外接電源測試，可正常運轉，回裝驅動模塊，故障依舊。分析X軸的幅頻特性曲線，曲線存在超過0 DB的部分，系統有可能振蕩。在HMI的驅動數據界面可看到坐標軸的靜止電流達到了20%，遠超過正常的Y軸顯示的3%，進一步說明系統存在振蕩。降低X軸的位置環增益參數MD32200后，故障消失。

圖2 調整前圓度測試

圖3 調整后圓度測試