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數控機床系統產生振動爬行的原因

點擊次數:2006   來源網站:來源: 溫嶺市大眾精密機械有限公司   發布時間:2014-08-01

摘要:數控系統振蕩問題是數控機床調試或運行中常見的故障,本文介紹了數控機床伺服系統的控制原理及產生振蕩的原因分析并提出了全閉環控制系統消除振蕩的理論依據和方法。
  
  一、引言
  
  數控系統的振蕩現象已成為數控全閉環系統的共同性問題。系統振蕩時會造成機床產生爬行與振動故障,尤其在臥式帶立柱的軸和旋轉數控工作臺軸其系統出現振蕩的頻率較高。該問題已成為影響數控設備正常使用的重要因素之一。
  
  二、產生振蕩的原因分析
  
  機床的振蕩故障通常發生在機械部分和進給伺服系統。產生振蕩的原因有很多,陳了機械方面存在不可消除的傳動間隙、彈性變形、摩擦阻力等諸多因素外,伺服系統的有關參數的影響也是重要的一方面。伺服系統有交流和直流之分,本文主要討論直流伺服系統因參數影響引起的振蕩。大部分數控機床采用的是全閉環方式,其控制原理圖如圖所示。
  
  由圖可分析,引起伺服系統振動的原因大致有四種情況:a位置環不良又引起輸出電壓不穩;b速度環不良引起的振動;c伺服系統可調定位器太大引起電壓輸出失真;d傳動機械裝如絲杠間隙太大。這些控制環的輸出參數失真或機械傳動裝置間隙太大都是引起振動的主要因素。它們都可以通過伺服控制系統進行參數優化。
  
  三、消除振蕩的基本措施
  
  (一)閉環伺服系統造成的振蕩
  
  有些數控伺服系統采用的是半閉環裝置,而全閉環伺服系統必須是在其局部半閉環系統不發生振蕩的前提下進行參數調整,所以兩者大同小異,本文只討論全閉環情況下的參數優化方法。
  
  (二)降低位置環增益
  
  在伺服系統中有參考的標準值,例如FANUC0-C系列為3000,西門子3系統為1666,出現振蕩可適當降低增益,但不能降太多,因為要保證系統的穩態誤差。
  
  (三)降低負載慣量比
  
  負載慣量比一般設置在發生振動時所示參數的70%左右,如不能消除故障,不宜繼續降低該參數值。
  
  (四)加入比例微積分器(PID)
  
  比例微積分器是一個多功能控制器,它不僅能有效地對電流電壓信號進行比例增益,同時可調節輸出信號滯后成超前的問題,振蕩故障有時因輸出電流電壓發生滯后成超前情況而產生,這時可通過PID來調節輸出電流電壓相位。
  
  (五)采用高頻抑制功能
  
  以上討論的是有關低頻振蕩時參數優化方法,而有時數控系統會因機械上某些振蕩原因產生反饋信號中含有高頻諧波,這使輸出轉矩里不恒定,從而產生振動。對于這種高頻振蕩情況,可在速度環上加入一階低通濾波環節,即為轉矩濾波器。其控制原理如圖所示。
  
  圖2表明,速度指令與速度反饋信號經速度控制器轉化為轉矩信號,轉矩信號通過一階濾波環節將高頻成分截止,從而得到有效的轉矩控制信號。通過調節參數可將機械產生的100Hz以上的頻率截止,從而達到消除高頻振蕩的效果。
  
  綜上所述,利用雙位反饋可使系統在全閉環和半閉環兩種方式下進行,從而大大提高了系統的調節范圍,也增加了系統的調節參數。從時間常數上可知,該系統可在停止狀態下進行全閉環誤差調整,在過渡狀態下可進行半閉環調整,F以FANUC0-C為例,將具體參數調整過程進行簡單介紹。首先設參數P8411#(DPFB)為1,即為選擇雙位置反饋功能;P8499為位置反饋的最大振幅,一般設置為0;P8478(分子)和P8479(分母)為上圖中位轉換環節的常數設置,可根據要求設置;P8480為一階延時環節的參數設置代號,其設置范圍為:10~300mS,一般設定為100mS左右;P8481為零點幅度,一般情況下為0,但因振蕩可適當調高一點。
  
  雙位反饋功能是一種比較靈活的誤差修正方式,在系統調試過程中有很好的參數優化和保證系統穩定性的功能。
 


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