賀偉洪 段宇

上汽通用(沈陽)北盛汽車有限公司 遼寧沈陽 110000

數(shù)控機床技術(shù)是高精密機械和智能化電氣深度的融合，在提高機械裝部件加工精度和整機幾何精度同時，機床控制系統(tǒng)精度對提高機床加工精度有著非常重要的作用。數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)包括數(shù)控機床基本參數(shù)、進給參數(shù)及梯形圖參數(shù)等，通過修改控制系統(tǒng)參數(shù)提高數(shù)控機床精度，對機床的調(diào)試、升級改造及維護保養(yǎng)提供很大幫助。

1 數(shù)控機床的概念與特點

為了滿足復(fù)雜的市場需求，現(xiàn)階段使用的數(shù)控機床的種類也非常多，根據(jù)功能、控制原理等的不同，可以將其簡單分為點位控制數(shù)控機床、普通數(shù)控機床以及其他種類。隨著數(shù)控加工技術(shù)的不斷發(fā)展以及電子信息技術(shù)應(yīng)用程度的加深，一些具有特殊功能的數(shù)控機床被研發(fā)與應(yīng)用，滿足了機械制造行業(yè)多樣的發(fā)展需求。雖然數(shù)控機床的種類多種多樣，但是其主要結(jié)構(gòu)都是基本相同的，主要由兩部分組成，其中硬件系統(tǒng)包括機床本體、伺服系統(tǒng)、數(shù)控裝置、可編程控制器、驅(qū)動裝置、電氣控制裝置以及一些輔助設(shè)備（裝置）所組成；軟件系統(tǒng)則包括輸入、傳輸、輸出以及分析處理系統(tǒng)等[1]。

與傳統(tǒng)的機床相比，數(shù)控機床最顯著的特點就是能夠根據(jù)數(shù)控指令來進行工件的快速、準確加工，而且能夠在加工過程中排除人為因素的影響，因此數(shù)控機床具有加工效率高、精度高，并且加工過程穩(wěn)定可靠等優(yōu)點。與之相對應(yīng)的就是，數(shù)控機床的投資高、應(yīng)用成本高，而且由于其對操作人員、維護人員的綜合素質(zhì)提出了較高要求，需要增加大量的配套投資，因此數(shù)控機床很難在一些小規(guī)模企業(yè)中推廣應(yīng)用。

2 影響數(shù)控機床加工精度的主要因素

2.1 刀具因素

數(shù)控機床雖然在一定程度上擺脫了人為操作的影響，可以根據(jù)用戶預(yù)先定義的程序來自動完成機械產(chǎn)品的切削加工，但其加工過程還是需要依靠刀具切削來實現(xiàn)減材操作，如果刀具本身存在幾何誤差，那么必然會影響到最終零件的加工精度。

2.2 伺服系統(tǒng)驅(qū)動因素

現(xiàn)代數(shù)控機床中廣泛應(yīng)用了伺服電機和伺服驅(qū)動系統(tǒng)，需要借助伺服系統(tǒng)的驅(qū)動來實現(xiàn)切削加工，但伺服驅(qū)動過程中可能就存在誤差（比如車床中的滾珠絲杠傳動誤差），進而會使運動部件的定位和運行精度受到影響。此外，機械加工過程中可能會受到外力因素的影響，而這可能會使數(shù)控機床的傳動和運動構(gòu)件出現(xiàn)變形，從而也會降低加工精度。

2.3 切削用量的選擇

現(xiàn)實中，當采用數(shù)控機床加工機械產(chǎn)品時，需要依據(jù)加工方法合理選擇切削用量。只有科學(xué)確定切削用量并編寫入加工程序中，加工過程才符合實際要求，進而生產(chǎn)出質(zhì)量合格的產(chǎn)品。然而現(xiàn)實卻是，很多制造企業(yè)出于提升加工效率的目的，沒有根據(jù)工藝需求科學(xué)選擇加工用量，而這就可能導(dǎo)致切削力增加，進而就可能導(dǎo)致工件出現(xiàn)受力變形的問題，降低了加工精度。

3 電氣系統(tǒng)調(diào)試提升數(shù)控機床精度的方法

3.1 進給系統(tǒng)慣量與系統(tǒng)控制參數(shù)的優(yōu)化

（1）數(shù)控機床柔性齒輪比的設(shè)定。柔性齒輪比的參數(shù)指的是匹配伺服電機脈沖數(shù)與絲桿的最小移動量，由于伺服電機連接的滾珠絲杠和同步帶輪不同，數(shù)控系統(tǒng)移動最小單位量也是不同的，因此，使柔性齒輪比參數(shù)設(shè)置有所不同，修改電子齒輪比的分倍頻可實現(xiàn)不同的脈沖當量。例如在半閉環(huán)的FANUC0iMD系統(tǒng)中設(shè)定柔性齒輪比參數(shù)，當運動軸直接連接滾珠絲桿螺距為10mm，系統(tǒng)的檢測單位為1μm時，電機每旋轉(zhuǎn)1周（10mm）所需的脈沖數(shù)為 10/0．001=10000 脈沖。

（2）位置反饋脈沖數(shù)的設(shè)定。全閉環(huán)控制的數(shù)控機床裝有光柵尺檢測工作臺的移動距離，當電機旋轉(zhuǎn)1周光柵尺反饋的脈沖數(shù)為位置脈沖數(shù)。設(shè)定時參數(shù)計算如下，在使用螺距10mm的滾珠絲桿（直接連接）、具有1脈沖0．5μm分辨率的光柵尺的情形下，電機每旋轉(zhuǎn)1周的反饋脈沖數(shù)=滾珠絲桿的螺距10mm/光柵尺的分辨率 0．0005mm。

（3）機械速度反饋參數(shù)設(shè)定。帶光柵檢測裝置數(shù)控系統(tǒng)在調(diào)試時會因速度與反饋檢測信號不一致而產(chǎn)生振蕩，一般都是機械系統(tǒng)剛性不足造成，首先考慮調(diào)整機械速度反饋的參數(shù)，數(shù)控機床光柵檢測反饋原理。床身機械結(jié)構(gòu)電機側(cè)速度反饋參數(shù)2012#1設(shè)定為1時表示有效，α反饋增益參數(shù)2088設(shè)定為50，如果是串行光柵，設(shè)定數(shù)值＞100會出現(xiàn)417報警，設(shè)定值在0-100，一般設(shè)定值為50[2]。

3.2 數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)調(diào)整及伺服的優(yōu)化

（1）加速反饋。當伺服電機與機床連接時負載慣量大于電機的慣量，機床軸及工作臺移動的慣性和摩擦阻尼滯后，伺服控制系統(tǒng)如果沒有接收伺服位置偏差反饋進行PID調(diào)節(jié)控制就沒有位置控制插補輸出脈沖，數(shù)控機床會產(chǎn)生振動和軌跡誤差。加速反饋與負載慣量關(guān)系，調(diào)整負載慣量比值＞512時會產(chǎn)生（50-150）Hz的振動，特別是機床振動或高速運動產(chǎn)生的動態(tài)軌跡誤差較大，而機床負載慣性的軌跡誤差與加速度成正比。加速度前饋能減小伺服系統(tǒng)的軌跡誤差，在FANUC0iMD數(shù)控系統(tǒng)用加速度前饋及轉(zhuǎn)矩前饋軌跡誤差補償。加速度反饋增益參數(shù)2066設(shè)定值為（-10至-20），一般設(shè)為-10。對于低頻率振動扭矩指令濾波器參數(shù)2067設(shè)定值是約2000。對于高頻率的機械共振≥200Hz使用HRV（HighResponseVec-tor，高分辨率）濾波器來抑制。

（2）增益優(yōu)化與補償。高增益值會導(dǎo)致數(shù)控系統(tǒng)輸出速度變化劇烈，速度突然變化致使數(shù)控機床機械裝置受到較大的沖擊影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，所以增益對伺服系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度和動態(tài)性能都有很大的影響。伺服單元位置環(huán)增益控制，系統(tǒng)要求將位置環(huán)增益設(shè)定為較大值來提高機器剛性并增大機器的固有振動數(shù)。

設(shè)定時，首先將功能位參數(shù)2003位3（PIEN）設(shè)定為1，回路增益參數(shù)1825設(shè)定為3000，在機床不產(chǎn)生振動的情況下盡量增大設(shè)定值，可以設(shè)定為5000。對于速度增益值的設(shè)定，速度增益值=（1+負載慣量比（參數(shù)2021）/256）×100。式中的負載慣量比是電機的慣量和負載的慣量比，直接和機床的機械特性相關(guān)[3]。調(diào)整原則是盡量提高設(shè)定值來保證在手動快速和手動慢速進給等各種情況下機床都不能有振動。一般通過設(shè)定參數(shù)2066值為-10增加伺服電流環(huán)來改變，如果還有振動則要修改畫面中的濾波器值參數(shù)2067，設(shè)定為約2000。

4 結(jié)語

數(shù)控機床已經(jīng)成為了我國機械加工行業(yè)中的主力，因此必須將提高數(shù)控機床加工精度作為工作中的重點和難點。通過歸納、總結(jié)日常工作中影響加工精度的問題，針對性地提出了解決對策，能夠有效提升工件加工精度。