驅(qū)動優(yōu)化在數(shù)控機床故障處理中的應(yīng)用

聞發(fā)祥 王力飛

（中國航天科技集團第四研究院7414廠 西安）

數(shù)控系統(tǒng)的主要功能是將NC程序轉(zhuǎn)變成相應(yīng)軸的機械位移，在軸位移過程中，特別在模具高速加工中，良好的動態(tài)特性和穩(wěn)定性是驅(qū)動穩(wěn)定高效運行的關(guān)鍵。一般在機床調(diào)試時系統(tǒng)會給定一組相應(yīng)軸的默認(rèn)參數(shù)，這些參數(shù)多是為保證系統(tǒng)正常運行比較保守的參數(shù)，驅(qū)動優(yōu)化目的是在現(xiàn)有基礎(chǔ)上盡可能提高系統(tǒng)動態(tài)性。了解驅(qū)動優(yōu)化的原理和流程后，機床維修人員可利用驅(qū)動優(yōu)化的相關(guān)功能跟蹤測量系統(tǒng)的一些重要參數(shù)，并利用優(yōu)化測試結(jié)果進行一些故障診斷或簡單的優(yōu)化調(diào)整。

1.沈陽第一機床廠HTM2050車鏜復(fù)合專機，在加工產(chǎn)品過程中，出現(xiàn)圓度超差，同時銑完的外圓表面Y軸方向有明顯的兩條對稱凸起棱。

該機床使用西門子840D系統(tǒng)，通過操作面板可方便地對加工軸Y、Z軸進行圓度測試（圖1）。觀察分析圓度測試顯示出的圓狀態(tài)，初步認(rèn)為問題原因有兩方面。

圖1 圓度測試

（1）兩軸速度不匹配，插補效果差導(dǎo)致圓軌跡變形。使用西門子動態(tài)匹配功能，在速度較快的Z軸設(shè)置動態(tài)匹配參數(shù)（MD32900，MD32910）。這樣數(shù)控系統(tǒng)就會根據(jù)參數(shù)適當(dāng)降低該軸速度，使之與另一個軸的速度相匹配。進行圓度測試，兩軸插補效果良好。

（2）其次是Y軸過象限誤差過大，出現(xiàn)過象限點凸起。采用過象限誤差補償彌補，調(diào)整摩擦補償時常用的參數(shù)有MD32500（摩擦補償是否生效）、MD32520（摩擦補償?shù)姆担┖蚆D 32540（摩擦補償?shù)臅r間常數(shù)）。此次補償值設(shè)置較大，Y軸凸起現(xiàn)象仍沒有改觀。使用840D系統(tǒng)的伺服軌跡功能檢查Y軸的跟隨誤差，發(fā)現(xiàn)Y軸跟隨誤差超過2.32 mm，判斷機械傳動結(jié)構(gòu)松動，設(shè)置的補償值被傳動間隙淹沒未生效。檢查確認(rèn)是Y軸電機同步帶松，調(diào)緊同步帶后，故障排除。

2.濟南第二機床廠的TK2420鏜銑床在加工過程中，出現(xiàn)加工外圓尺寸超差，系統(tǒng)無報警。

該機床采用西門子840D系統(tǒng)，利用系統(tǒng)的圓度測試功能檢查兩個加工軸的輪廓精度（圖2）。數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行1個圓弧指令，如果合成圓弧軌跡的兩個坐標(biāo)軸的位置跟隨誤差不同，某個軸跟隨誤差較大，則使得實際軌跡呈橢圓。位置跟隨誤差值與該坐標(biāo)位置控制器增益有關(guān)，位置控制器增益越高，位置跟隨誤差越小。結(jié)合圓度測試的圓狀態(tài)看，初步認(rèn)為是X、Y兩個坐標(biāo)軸的位置控制增益不匹配。進入?yún)?shù)設(shè)置界面，發(fā)現(xiàn)X軸和Y軸的位置環(huán)增益 MD32200：POSCTRL_GAIN（kV因子）=1，應(yīng)該是沒問題。由于調(diào)試位置控制器增益的前提是速度控制具有較高的增益，若驅(qū)動系統(tǒng)的速度控制器特性軟（速度跟隨誤差大），則直接調(diào)試位置控制器增益可能不會減小位置跟隨誤差。通過840D系統(tǒng)的自動優(yōu)化設(shè)置功能，調(diào)整速度控制增益參數(shù)，圓度測試結(jié)果有較大改善（圖3），圓度誤差由931.749 μm 減小到13.744 μm。

3.國產(chǎn)大型定梁龍門鏜銑床開機后一段時間，系統(tǒng)出現(xiàn)300515軸X驅(qū)動散熱器溫度超差報警。

該機床使用SIMODRIVE 611D驅(qū)動配置，通過冷卻體上的溫度開關(guān)獲得功率部件溫度并反饋到檢測系統(tǒng)。以往類似的溫度高報警均因風(fēng)扇不轉(zhuǎn)，造成周圍溫度過高、散熱通風(fēng)不良等。初步判斷是驅(qū)動器風(fēng)扇壞或驅(qū)動器內(nèi)部太臟散熱不良。從配電柜拆下驅(qū)動模塊，用壓縮空氣吹掉電路板外面灰塵，取出散熱風(fēng)扇，清理葉片上的油污后外接電源測試，可正常運轉(zhuǎn)，回裝驅(qū)動模塊，故障依舊。分析X軸的幅頻特性曲線，曲線存在超過0 DB的部分，系統(tǒng)有可能振蕩。在HMI的驅(qū)動數(shù)據(jù)界面可看到坐標(biāo)軸的靜止電流達(dá)到了20%，遠(yuǎn)超過正常的Y軸顯示的3%，進一步說明系統(tǒng)存在振蕩。降低X軸的位置環(huán)增益參數(shù)MD32200后，故障消失。

圖2 調(diào)整前圓度測試

圖3 調(diào)整后圓度測試