基于伺服系统的数控车床调试技术研究
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摘 要：伺服系统的数控机床调整程度深刻地影响机床的加工性能。调整数控机床的伺服系统主要包括调节机床振动和调整伺服系统的数控机床加工精度两个方面。大多数的数控机床在使用时未能进行更加优化的设定，加之数控机床的在使用期间的一些仪器设备的变化，导致较大的误差的出现。文章据此，在进行阐述伺服系统的特点的基础上，提出了提高伺服系统性能的一些措施，并且对伺服系统未来的发展方向进行了阐述。
Abstract： the degree of servo system of n c machine tool adjustment profoundly influence on the performance of the machine tool processing. Adjustment of CNC machine tool servo system mainly includes the regulation of machine tool vibration and adjust the servo system of n c machine tools machining precision two aspects .Most of the nc machine tool when use not more optimization setting， combined with the numerical control machine tool in the use of some of the instruments and equipment during the period of change， causing the appearance of the larger error. Elaborates the articles on this basis， in， on the basis of the characteristics of servo system， puts forward some measures to improve the performance of servo system， and the future development direction of the servo system are expounded.
关键词：数控机床；伺服系统；加工精度；优化调整
Key words： CNC machine tools； Servo system； The machining accuracy； Optimizing adjustment
1.前言
伺服系统的数控机床调整程度的好坏对于机床的加工性能有着极大地影响。调整数控机床的伺服系统主要包括抑制机床振动和调整加工精度两个方面。大多数的数控机床在使用时未能进行更加优化的设定，加之数控机床的在使用期间的一些仪器设备的变化，导致较大的误差的出现。在进行伺服系统的调试优化之前应先进行系统的各项功能的了解，进一步进行系统的优化。
2.数控车床伺服系统的主要工作性能
进行伺服系统控制的数控机床最重要的功能是保证输出的速度和距离能够准确的符合输入的要求。伺服系统主要包括速度控制环、电流控制环和位置控制环三环控制系统这三个系统。伺服系统性能的最佳状态能否达到主要体现在以下几个方面。
首先是动态特性。稳定的控制系统在受到外加控制信号或其他扰动信号干扰作用之后，系统恢复原状态或者达到一个新平衡状态，不过因为系统机械部分、电路板块等诸多因素的限制，系统的各信号不能瞬时恢复平衡或者达到新的平衡，而是要经历一个动态的过程。伺服系统的动态特性即是反映在这个过程之中，这种特性表达的是系统跟踪控制信号或抑制扰动速度的快慢、系统响应过程的振荡大小及平稳的程度。
其次是稳定性。伺服系统的稳定性是指伺服系统恢复到原来平衡状态或者新的平衡状态的能力。由于实际的系统是存在惯性的，自然就将导致延迟性的发生。因而一个控制系统必须具有一定的稳定充裕的量值，系统才能进行正常工作。此外当系统参数发生某些变化时，伺服系统的稳定性能够使系统保持稳定。
最后是稳态特性（准确性）。系统的稳态特性主要体现在系统的准确性上，准确性所描述的东西就是系统在受到干扰之后到达一个平衡状态（新的平衡状态或者原来的平衡状态）最终保持的精度，其评价的主要指标是稳态误差。
3.数控机床伺服系统的调试技术
数控机床伺服系统的调试技术主要包括两个方面的技术手段：一方面是机床振动的控制和调节；另一方面是伺服系统的加工精度上的调整。下面主要从这两方面进行伺服系统的调整。第一是对数控机床伺服系统振动的调整。根据伺服系统的数控机床基本知识可以知道，伺服速度环增益提高了，机床伺服环的响应速度也就相应的提高了，减小了由于伺服延时带来的位置误差，使机床加工精度提高，同时速度环增益过高又会导致机床系统的不稳定，产生震动。因此在调整抑制振动时候的原则是在使用HRV滤波器避免系统振动的同时尽量提高速度增益。第二是调整数控机床伺服系统加工精度。在尽量提高速度增益并且得到符合要求的频率响应图后，就可以进行高速、高精的加工调整。首先是高速、高精度相关参数初始设定：选用FANUC 21MB系统的AI先行控制（AI-APC）高速、高精度功能。而后进行进一步细调：第一步基于圆弧的调整、第二步进行基于四角的调整、第三步是基于带有1/4圆弧的四角形状的调整。
4.伺服系统的数控机床参数调试技术的发展方向
从大量的文献之中我们可以发现，国内外的学者对伺服驱动参数调试技术发展方向的看法主要集中在以下两个上面：第一个是手动调整方向和第二个是自动调整方向。一方面是测试系统的性能而后进行一定量的测试，得到各项参数的不足之后进行手动的调整以此来提供一些直观的数据。另一方面是则是通过一定量的参数设定，而后根据不同的实际情况进行参数变化的自行调整，称为自动调整。主要发展趋势如下所述：
首先是直观。各种伺服调整工具的基本功能之一就是将各项所需要的数据展现出来，使伺服驱动系统进行测试时将被测系统性能以性能曲线的方式进行反映，更好的为调试人员手动调整参数提供事实依据。因而伺服参数调整工具的发展趋势之一简单的就是说更加的可视化，能够清晰明了的看出各项所需要的数据。
其次是自动。智能化、自动化是伺服调整工具发展的另一方向，目的就是使伺服系统的数控机床能够更加的智能，不需要过多的人力进行修改和完善，较少人力的投入，提高其效率。首先，伺服调整工具的使用应尽量减少人的参与，也就是说用户只需输入很少的参数就可以完成整个调试过程；其次，尽可能满足普通大众能够操作此系统的要求，即之前的调试工作只能有专业人员来完成，而在使用调试工具之后，未经培训的操作者亦能够同水平的完成。
最后是集成。集成是为了提高调试的效率，伺服调整工具应该提供一整套的功能完善的集成环境，使用户能够在使用期间只要通过这一套集成环境就能够做到完成伺服系统调整的整个过程，而在这个过程中无需专业人员进行指导。
5.总结
伺服系统的数控机床调整程度的好坏对于机床的加工性能有着极大地影响。调整数控机床的伺服系统主要包括抑制机床振动和调整加工精度两个方面。进行伺服系统的调试优化之前应先进行系统的各项功能的了解，进一步进行系统的优化。本文根据数控机床伺服系统自身性能及其特点，研究数控机床伺服系统的性能，对伺服驱动性能的优化提出了一些建设性的意见。最后对数控机床伺服系统参数调试技术的发展方向进行了阐述。
参考文献：
[1]陈芳，朱仕学. 数控机床伺服参数设定与调整[J].机床与液压，2009，（7）：53-55.
[2]夏燕兰. 数控机床伺服系统的性能调整与改进[J].微电机，2011，（12）：83-86.
作者简介：
季益超（1993-），男，现为长江大学机械工程学院本科学生。