陳蓉

摘 要 數(shù)控車床是當(dāng)今工業(yè)化時(shí)代技術(shù)水平的代表。對(duì)數(shù)控車床存在的問(wèn)題及解決辦法進(jìn)行學(xué)習(xí)能更進(jìn)一步的促進(jìn)其在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。本文對(duì)數(shù)控車床伺服系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行了簡(jiǎn)要描述、數(shù)控車床的伺服系統(tǒng)調(diào)整技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)介，并結(jié)合實(shí)例分析了數(shù)控車床在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)的問(wèn)題的解決辦法，進(jìn)一步加深了讀者對(duì)于伺服系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，對(duì)伺服系統(tǒng)調(diào)整技術(shù)的掌握，有助于數(shù)控車床的更好應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 數(shù)控成床；伺服；調(diào)整

中圖分類號(hào)：TP659 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）19-0038-02

當(dāng)前，隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，工業(yè)自動(dòng)化水平不斷取得新的突破。目前，在我國(guó)各類工業(yè)廠區(qū)，數(shù)控機(jī)床正被廣泛的應(yīng)用于生產(chǎn)過(guò)程。數(shù)控機(jī)床是當(dāng)今生產(chǎn)過(guò)程中的重要的機(jī)械裝置，目前的數(shù)控機(jī)床采用先進(jìn)的數(shù)字控制系統(tǒng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服軸的高效控制。它的應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)的普通機(jī)床加工程序編寫復(fù)雜、使用效率低、切削精度不高、加工零件一致性差的缺點(diǎn)。在現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域，數(shù)控機(jī)床被看作是先進(jìn)制造技術(shù)的核心。

在數(shù)控機(jī)床的實(shí)際應(yīng)用中，對(duì)整個(gè)應(yīng)用效果起著決定性作用的是機(jī)床的伺服系統(tǒng)。機(jī)床的伺服系統(tǒng)又叫隨動(dòng)系統(tǒng)、拖動(dòng)系統(tǒng)或者是伺服機(jī)構(gòu)。機(jī)床的伺服系統(tǒng)是一種自動(dòng)控制系統(tǒng)，其控制的變量為機(jī)床的移動(dòng)部件的移動(dòng)位置和移動(dòng)速度。在數(shù)控機(jī)床使用中，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)首先接收由CNC裝置（插補(bǔ)裝置或插補(bǔ)軟件）發(fā)出的脈沖指令信號(hào)，這些信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)放大器和信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊的放大與變換之后，再將各設(shè)備的電壓和功率放大，使它們按照信號(hào)指令進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。有的設(shè)備運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，有的帶動(dòng)刀架的運(yùn)動(dòng)，然后再按照幾個(gè)坐標(biāo)軸進(jìn)行組合運(yùn)動(dòng)，使刀具與工件之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，工件與刀具之間進(jìn)行完一系列復(fù)雜的機(jī)械運(yùn)動(dòng)之后，就能夠得到各種需要的形狀各異的工件。因此，要想得到高精度的理想的一致性好的批量工件，需要對(duì)數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)的調(diào)整技術(shù)進(jìn)行研究，以便能夠使工件切削時(shí)的，快速靈活的運(yùn)用不同的伺服系統(tǒng)調(diào)整技術(shù)完成不同的操作，實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工的目的。

1 數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)調(diào)整技術(shù)研究概述

數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要有主軸、X軸、Z軸、刀塔、尾臺(tái)等。在數(shù)控機(jī)床的這些機(jī)械結(jié)構(gòu)中，對(duì)加工成的工件的質(zhì)量造成重要影響的動(dòng)作主要來(lái)源于主軸、X軸、Z軸。而其中能夠完成插補(bǔ)加工的主要是X軸和Z軸，對(duì)其伺服進(jìn)行研究，能夠進(jìn)一步改善工件的加工質(zhì)量，有助于機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展。在對(duì)上述部分進(jìn)行研究時(shí)，需要結(jié)合實(shí)際加工中遇到的各種問(wèn)題進(jìn)行研究。目前主要是從機(jī)械和電氣兩個(gè)方面進(jìn)行伺服調(diào)整的研究，具體的研究?jī)?nèi)容就是機(jī)械結(jié)構(gòu)、機(jī)械裝配方面的調(diào)整和電氣伺服參數(shù)調(diào)整確定這三個(gè)方面。

1.1 伺服機(jī)構(gòu)的機(jī)械調(diào)整

數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)調(diào)整，基本上包括了伺服系統(tǒng)的各個(gè)部件。一般的調(diào)整主要有伺服電機(jī)支架的尺寸精度檢查、裝配間隙的檢查、電機(jī)軸心與絲桿軸心的同軸程度等的檢查與調(diào)整。

1.2 伺服機(jī)構(gòu)的機(jī)械裝配調(diào)整

數(shù)控機(jī)床的伺服系統(tǒng)的機(jī)械裝配調(diào)整主要是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子軸與絲桿軸之間的連接是否緊固與平直，二者之間聯(lián)系的聯(lián)軸器的裝配是否達(dá)標(biāo)、絲桿上母線、側(cè)母線的裝配、絲桿支撐軸承的裝配是否適度、絲桿與絲母之間的反向間隙、絲桿螺距誤差、絲桿變形等情況的檢查與調(diào)整。

1.3 伺服機(jī)構(gòu)的電氣調(diào)整

相比于傳統(tǒng)的普通機(jī)床，數(shù)控機(jī)床的最大特點(diǎn)是其伺服控制的精度極高。這主要是因?yàn)閿?shù)控機(jī)床采用了先進(jìn)的數(shù)字控制技術(shù)對(duì)電氣系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整。伺服機(jī)構(gòu)進(jìn)行電氣調(diào)整，目的是為了對(duì)整個(gè)伺服參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而優(yōu)化伺服驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行伺服電機(jī)的控制。

早期的數(shù)控機(jī)床采用步進(jìn)電機(jī)作為兩軸的電機(jī)，對(duì)于步進(jìn)電機(jī)的控制，采用的方法是開(kāi)環(huán)控制，整個(gè)過(guò)程沒(méi)有反饋，因此，在加工時(shí)容易出現(xiàn)部分脈沖信號(hào)丟失，影響工件的加工尺寸。而當(dāng)前的伺服控制為伺服驅(qū)動(dòng)控制。相比與傳統(tǒng)的

控制，增加了電機(jī)的反饋功能，然后再與伺服電機(jī)采用的精準(zhǔn)分度的伺服電機(jī)編碼器，使得反饋控制變得十分精確。這樣的電氣控制也叫半閉環(huán)控制（如圖1）

圖1 伺服系統(tǒng)的半閉環(huán)控制

在半閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，目前又進(jìn)一步的研究，在伺服軸上添加一個(gè)光柵尺，進(jìn)而形成全閉環(huán)的控制（如圖2），這樣的控制系統(tǒng)在精度上又更進(jìn)一步。但是，由于這種全閉環(huán)的控制的成本較高，在實(shí)際的使用中并不多。目前，先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床并且使用較多的還是采用的半閉環(huán)控制。

圖2 伺服系統(tǒng)的閉環(huán)控制

上述三種伺服系統(tǒng)的調(diào)整技術(shù)是目前研究的三個(gè)主要方向。其中，由于數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)和機(jī)械裝配過(guò)程對(duì)加工零件的影響巨大，而且這種影響是任何一個(gè)機(jī)床中都存在的，且它對(duì)工件能夠產(chǎn)生根本的影響。電氣影響能夠較快予以解決，對(duì)整個(gè)工件的質(zhì)量影響不是很大。

2 數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)調(diào)整技術(shù)

為了研究方便，本文選取ETC1625數(shù)控車床為例分析在此機(jī)床工件加工中，應(yīng)用到的幾種伺服系統(tǒng)調(diào)整技術(shù)。

2.1 ETC1625在實(shí)際運(yùn)用中遇到的與伺服調(diào)整相關(guān)的工件加工問(wèn)題

2.1.1 圓弧過(guò)象限反向過(guò)沖問(wèn)題

數(shù)控車床在實(shí)際加工中，一般都是用來(lái)加工回轉(zhuǎn)體零件，因此，本文以最簡(jiǎn)單的球的加工探討其存在的與伺服系統(tǒng)調(diào)整相關(guān)的問(wèn)題。

數(shù)控車床的精度如果較好，理論上在加工球體形狀的零件時(shí)，其表面光滑度會(huì)非常好。但是，如果在X軸和Z軸裝配時(shí)，由于裝配質(zhì)量不高，使得裝配存在裝配不匹配、反向的間隙過(guò)大等問(wèn)題，那么加工出來(lái)的球形物體的表面往往會(huì)存在反向過(guò)沖的問(wèn)題。在數(shù)控機(jī)床的實(shí)際應(yīng)用中，還有一類不是很常見(jiàn)的圓弧過(guò)象限插補(bǔ)反向躍沖帶來(lái)的棱的突起問(wèn)題。這類問(wèn)題的特點(diǎn)是，加工出來(lái)的產(chǎn)品會(huì)在圓弧過(guò)象限的頂點(diǎn)處出現(xiàn)一個(gè)棱或者是兩段很明顯的接痕。對(duì)于用這樣的車床加工軸承內(nèi)環(huán)時(shí)也有可能出現(xiàn)這種情況，不過(guò)這種現(xiàn)象一般需要借助檢驗(yàn)工具進(jìn)行輔助檢查與分析才能分辨出。出現(xiàn)的圓弧問(wèn)題中，還有可能出現(xiàn)圓弧的表面有暗影或者很細(xì)的紋格，只是這類伺服系統(tǒng)問(wèn)題出現(xiàn)的幾率較小。endprint

2.1.2 加工件表面的振紋與暗影現(xiàn)象

在使用上述機(jī)床加工過(guò)程中，還會(huì)出現(xiàn)一類問(wèn)題就是加工好的零件產(chǎn)品，會(huì)在檢查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)其表面存在振紋與暗影問(wèn)題。對(duì)于出現(xiàn)的這種問(wèn)題，其產(chǎn)生的原因相對(duì)而言更為復(fù)雜。一般這類問(wèn)題在大批零件的檢查中發(fā)現(xiàn)有規(guī)律的加工暗影、雜亂的暗影和加工振紋。這些問(wèn)題的出現(xiàn)，與伺服調(diào)整系統(tǒng)有一定的關(guān)系，但是這類問(wèn)題的出現(xiàn)，不僅僅只有伺服系統(tǒng)這一個(gè)方面的問(wèn)題。伺服調(diào)整能對(duì)此問(wèn)題的解決做出一點(diǎn)幫助，而且可以借助伺服檢測(cè)的手段能夠?qū)Τ霈F(xiàn)這些現(xiàn)象的原因進(jìn)行一些確定與排除。

2.2 改善上述問(wèn)題，本機(jī)床應(yīng)用到的伺服調(diào)整技術(shù)

對(duì)于此機(jī)床在加工中，出現(xiàn)的問(wèn)題，其原因是綜合性的。為了改善機(jī)床的加工性能，制造更好的產(chǎn)品，需要采用相關(guān)辦法，進(jìn)行伺服調(diào)整，進(jìn)而改善數(shù)控機(jī)床的控制水平，提高加工效果。

2.2.1 調(diào)整聯(lián)軸器

機(jī)床使用的聯(lián)軸器，是一個(gè)柔性的連接單元，主要有兩部分。聯(lián)軸器的兩端分別連接伺服電機(jī)轉(zhuǎn)子和絲杠。在實(shí)際使用中，聯(lián)軸器部位會(huì)發(fā)出“嘯叫”，這是由于連軸器的高頻振動(dòng)，這樣的現(xiàn)象會(huì)使加工的工件出現(xiàn)振紋。遇到這類問(wèn)題，一般是采取調(diào)整伺服參數(shù)來(lái)予以解決。如調(diào)整電流環(huán)路1/2PI功能和速度環(huán)路比例項(xiàng)高速處理功能，進(jìn)而提高伺服高速相應(yīng)PID的參數(shù)。但是，絕大多數(shù)的情況下，對(duì)于這類問(wèn)題，采取的是更換聯(lián)軸器或和調(diào)整機(jī)械安裝誤差來(lái)予以解決。

2.2.2 伺服爬行問(wèn)題

數(shù)控車床如果存在爬行問(wèn)題，會(huì)使車床加工時(shí)，尺寸控制不嚴(yán)，導(dǎo)致反向脈沖出現(xiàn)。對(duì)于伺服爬行問(wèn)題，可以采取對(duì)數(shù)控機(jī)床的X、Z向伺服軸進(jìn)行單脈沖檢測(cè)。然后，更改電氣設(shè)備的設(shè)置，對(duì)爬行問(wèn)題予以解決。

3 總結(jié)

數(shù)控機(jī)床作為當(dāng)前機(jī)械加工領(lǐng)域的重要幫手，對(duì)其進(jìn)行深入研究，并加大相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用驗(yàn)證十分有必要。數(shù)控機(jī)床的伺服調(diào)整技術(shù)能夠?qū)?shù)控機(jī)床存在的結(jié)構(gòu)問(wèn)題、裝配問(wèn)題和電氣系統(tǒng)問(wèn)題予以有效的解決，使加工而成的工件質(zhì)量很高。數(shù)控機(jī)床的伺服調(diào)整技術(shù)種類繁多，涉及到機(jī)床的各個(gè)方面，需要我們進(jìn)一步深入研究并予以驗(yàn)證，希望能促進(jìn)相關(guān)技術(shù)在數(shù)控機(jī)床加工中的實(shí)際應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1]李一鳴.精密數(shù)控車床的刀塔進(jìn)給伺服系統(tǒng)研究[D].東北大學(xué)，2010.

[2]王偉平.數(shù)控車床的伺服系統(tǒng)調(diào)整技術(shù)[D].大連理工大學(xué)，2013.

[3]王輝.CK6136數(shù)控車床交流伺服進(jìn)給系統(tǒng)的分析與仿真[D].浙江工業(yè)大學(xué)，2009.

[4]宋鳳娟，袁晶晶，薛雅麗.數(shù)控車床交流伺服系統(tǒng)及應(yīng)用[J].煤礦機(jī)械，2010（01）：191-193.

[5]姚海明，陳志祥.數(shù)控車床中數(shù)控伺服刀架伺服系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2012（05）：88-89.endprint