磨床的伺服調試

王 鵬，馬吉民

（中車齊齊哈爾車輛有限公司，黑龍江齊齊哈爾 161002）

0 引言

數控外圓磨床是比較精密的數控加工設備，磨床與其他數控加工設備比較而言，應具有穩定的砂輪平衡系統、良好的伺服響應特性與低速特性。現以意大利莫羅拉外圓數控磨床為例就這3個方面簡略分析一下在磨床維修與調試過程中應注意的各個方面的問題，以及數控參數調整等問題。

1 進給伺服系統伺服響應

進給伺服系統是由電氣、機械等環節組成的一個整體，其組成環節的特性參數對整體系統的特性的影響。從理論上講，可以根據要求與系統的數學模型確定其參數。但是機械系統的阻尼、剛度、慣量等參數干擾因素過多，只能依靠現有參數及經驗進行調整，修正。

1.1 進給伺服系統的一般模型

由系統模型可以看出整個伺服系統由伺服指令，位置控制單元、速度控制單元、位置檢測單元、執行機構等部分組成。驅動軸是由電流環，速度環和位置環組成，一般來說位置環是一個簡單的比例調節器，速度環和電流環是由比例積分調節器組成，是驅動的核心部分。在系統中不考慮電流環，因為系統已完成電流環自動匹配。

1.2 控制系統傳遞函數

公式（1）中Kp為位置環比例系數（西門子參數：MD32200，位置環增益；MD32300，軸的加速度）；Kv為速度環比例系數（西門子參數：MD1407速度環增益）；Tv為速度環時間常數（西門子參數：MD1409）；Kf為反饋環比例系數。由傳遞函數可以看出，調節位置環增益、速度環增益、速度環時間常數可以改善控制器的輸出特性。

1.3 機械特性與傳遞函數

把伺服執行系統等效為彈簧系統可以得出機械系統傳遞函數見式（2）。

式中s——拉普拉斯

k——傳動剛度

m——執行部件質量

Cr——導軌副上的黏性阻尼系數

由機械系統傳遞函數可以看出輸出特性與傳動剛度、執行部件質量、導軌副上的黏性阻尼系數、切削力、摩擦力等參數有關。由控制系統及機械系統傳遞函數可以得出以下結論。

（1）在機械系統中由于傳動剛度、執行部件質量、導軌副上的黏性阻尼系數等機械參數機床制造、安裝后已基本固定，以通過調整傳動間隙、調整預緊力等手段恢復原設計機械參數。

（2）由于摩擦力受潤滑等因素影響，應保證系統各傳動部件具有良好的潤滑。

（3）嚴格按照機床原設計加工能力進行加工。

（4）在保證機械傳動穩定的情況下進行伺服參數調整。

（5）速度控制環的調整在保證伺服軸不發生振動的情況下，盡量增大速度增益，通過調整時間常數改善系統的穩定性。

（6）通過調整位置環增益，適應其他傳遞環節，保證系統的跟隨性。

（7）伺服傳動系統是電氣控制、機械傳動等綜合系統調整時應綜合考慮各參數。

2 低速進給運動平穩性

由于磨床系統磨削時進給速度在（0.03～0.1）mm/min屬于低速進給運動，機床的低速特性決定產品表面光潔度和精度。以下就低速特性進行分析。

2.1 爬行的概念

進給系統在低速進給時，在驅動速度是均勻的情況下，當系統的剛度不足、摩擦力偏大等系統參數不恰當時，就會出現執行部件運動時快時慢、甚至停頓的現象，這種現象稱為爬行現象。它是低速運動不平穩的體現。

2.2 爬行的臨界速度式

式中m——質量

θ——阻尼比

k——剛度

Δf=fs-fd

2.3 爬行的抑制措施

由公式得出在維修調試中，可通過提高傳動剛度、減小摩擦因數等手段降低爬行臨界速度，保證系統加工精度。

3 砂輪的平衡

3.1 砂輪平衡問題的提出

幾乎所有的旋轉體都存在不平衡問題。由于磨床主軸屬于高速旋轉運動，不平衡現象影響主軸的旋轉精度，導致產品表面光潔度變差。為了解決上述問題，通常要對砂輪進行平衡。

3.2 砂輪平衡問題的解決

由于磨床砂輪是旋轉體，如果質量分布不均勻，其重心就可能會偏離旋轉中心即產生不平衡量。當砂輪旋轉時，不平衡量將引起呈現正弦規律的振動，轉速一定時，振動的位移量與不平衡量成正比。通過測量不平衡量引起振動位移的大小，平衡儀自動校正質量的位置，使振動幅值盡可能降到最低，以使砂輪達到平衡。

4 結論

數控冷切設備尤其是數控磨床等精密冷切設備，伺服傳動系統、主軸驅動系統是決定機床特性的關鍵因素。伺服傳動系統是數控設備的關鍵，在伺服調試中應綜合考慮數控系統中的位置增益、速度增益、時間常數等相關參數，機械系統調試中應注意系統剛度、各部位間隙、摩擦阻力、阻尼等相關參數。伺服調整應以系統穩定性為首要考慮條件，其次在保證穩定的前提下，盡量提高系統的響應速度，使系統獲得盡量高的高速特性。