数控车床的伺服系统调整技术

陈蓉

摘 要 数控车床是当今工业化时代技术水平的代表。对数控车床存在的问题及解决办法进行学习能更进一步的促进其在工业生产中的应用。本文对数控车床伺服系统的工作原理进行了简要描述、数控车床的伺服系统调整技术进行了简介，并结合实例分析了数控车床在实际应用中出现的问题的解决办法，进一步加深了读者对于伺服系统的认识，对伺服系统调整技术的掌握，有助于数控车床的更好应用。

关键词 数控成床；伺服；调整

中图分类号：TP659 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）19-0038-02

当前，随着科学技术水平的不断提升，工业自动化水平不断取得新的突破。目前，在我国各类工业厂区，数控机床正被广泛的应用于生产过程。数控机床是当今生产过程中的重要的机械装置，目前的数控机床采用先进的数字控制系统，进而实现对伺服轴的高效控制。它的应用，改变了传统的普通机床加工程序编写复杂、使用效率低、切削精度不高、加工零件一致性差的缺点。在现代工业领域，数控机床被看作是先进制造技术的核心。

在数控机床的实际应用中，对整个应用效果起着决定性作用的是机床的伺服系统。机床的伺服系统又叫随动系统、拖动系统或者是伺服机构。机床的伺服系统是一种自动控制系统，其控制的变量为机床的移动部件的移动位置和移动速度。在数控机床使用中，伺服驱动系统首先接收由CNC装置（插补装置或插补软件）发出的脉冲指令信号，这些信号经过信号放大器和信号转换模块的放大与变换之后，再将各设备的电压和功率放大，使它们按照信号指令进行运动。有的设备运动带动工作台的运动，有的带动刀架的运动，然后再按照几个坐标轴进行组合运动，使刀具与工件之间产生相对运动，工件与刀具之间进行完一系列复杂的机械运动之后，就能够得到各种需要的形状各异的工件。因此，要想得到高精度的理想的一致性好的批量工件，需要对数控机床的伺服系统的调整技术进行研究，以便能够使工件切削时的，快速灵活的运用不同的伺服系统调整技术完成不同的操作，实现机械加工的目的。

1 数控机床伺服系统调整技术研究概述

数控机床的机械结构主要有主轴、X轴、Z轴、刀塔、尾台等。在数控机床的这些机械结构中，对加工成的工件的质量造成重要影响的动作主要来源于主轴、X轴、Z轴。而其中能够完成插补加工的主要是X轴和Z轴，对其伺服进行研究，能够进一步改善工件的加工质量，有助于机械加工技术的发展。在对上述部分进行研究时，需要结合实际加工中遇到的各种问题进行研究。目前主要是从机械和电气两个方面进行伺服调整的研究，具体的研究内容就是机械结构、机械装配方面的调整和电气伺服参数调整确定这三个方面。

1.1 伺服机构的机械调整

数控机床的伺服系统的机械结构调整，基本上包括了伺服系统的各个部件。一般的调整主要有伺服电机支架的尺寸精度检查、装配间隙的检查、电机轴心与丝杆轴心的同轴程度等的检查与调整。

1.2 伺服机构的机械装配调整

数控机床的伺服系统的机械装配调整主要是电动机的转子轴与丝杆轴之间的连接是否紧固与平直，二者之间联系的联轴器的装配是否达标、丝杆上母线、侧母线的装配、丝杆支撑轴承的装配是否适度、丝杆与丝母之间的反向间隙、丝杆螺距误差、丝杆变形等情况的检查与调整。

1.3 伺服机构的电气调整

相比于传统的普通机床，数控机床的最大特点是其伺服控制的精度极高。这主要是因为数控机床采用了先进的数字控制技术对电气系统进行调整。伺服机构进行电气调整，目的是为了对整个伺服参数进行优化，进而优化伺服驱动器进行伺服电机的控制。

早期的数控机床采用步进电机作为两轴的电机，对于步进电机的控制，采用的方法是开环控制，整个过程没有反馈，因此，在加工时容易出现部分脉冲信号丢失，影响工件的加工尺寸。而当前的伺服控制为伺服驱动控制。相比与传统的

控制，增加了电机的反馈功能，然后再与伺服电机采用的精准分度的伺服电机编码器，使得反馈控制变得十分精确。这样的电气控制也叫半闭环控制（如图1）

图1 伺服系统的半闭环控制

在半闭环控制伺服系统的基础上，目前又进一步的研究，在伺服轴上添加一个光栅尺，进而形成全闭环的控制（如图2），这样的控制系统在精度上又更进一步。但是，由于这种全闭环的控制的成本较高，在实际的使用中并不多。目前，先进的数控机床并且使用较多的还是采用的半闭环控制。

图2 伺服系统的闭环控制

上述三种伺服系统的调整技术是目前研究的三个主要方向。其中，由于数控机床的机械结构和机械装配过程对加工零件的影响巨大，而且这种影响是任何一个机床中都存在的，且它对工件能够产生根本的影响。电气影响能够较快予以解决，对整个工件的质量影响不是很大。

2 数控机床伺服系统调整技术

为了研究方便，本文选取ETC1625数控车床为例分析在此机床工件加工中，应用到的几种伺服系统调整技术。

2.1 ETC1625在实际运用中遇到的与伺服调整相关的工件加工问题

2.1.1 圆弧过象限反向过冲问题

数控车床在实际加工中，一般都是用来加工回转体零件，因此，本文以最简单的球的加工探讨其存在的与伺服系统调整相关的问题。

数控车床的精度如果较好，理论上在加工球体形状的零件时，其表面光滑度会非常好。但是，如果在X轴和Z轴装配时，由于装配质量不高，使得装配存在装配不匹配、反向的间隙过大等问题，那么加工出来的球形物体的表面往往会存在反向过冲的问题。在数控机床的实际应用中，还有一类不是很常见的圆弧过象限插补反向跃冲带来的棱的突起问题。这类问题的特点是，加工出来的产品会在圆弧过象限的顶点处出现一个棱或者是两段很明显的接痕。对于用这样的车床加工轴承内环时也有可能出现这种情况，不过这种现象一般需要借助检验工具进行辅助检查与分析才能分辨出。出现的圆弧问题中，还有可能出现圆弧的表面有暗影或者很细的纹格，只是这类伺服系统问题出现的几率较小。endprint

2.1.2 加工件表面的振纹与暗影现象

在使用上述机床加工过程中，还会出现一类问题就是加工好的零件产品，会在检查过程中发现其表面存在振纹与暗影问题。对于出现的这种问题，其产生的原因相对而言更为复杂。一般这类问题在大批零件的检查中发现有规律的加工暗影、杂乱的暗影和加工振纹。这些问题的出现，与伺服调整系统有一定的关系，但是这类问题的出现，不仅仅只有伺服系统这一个方面的问题。伺服调整能对此问题的解决做出一点帮助，而且可以借助伺服检测的手段能够对出现这些现象的原因进行一些确定与排除。

2.2 改善上述问题，本机床应用到的伺服调整技术

对于此机床在加工中，出现的问题，其原因是综合性的。为了改善机床的加工性能，制造更好的产品，需要采用相关办法，进行伺服调整，进而改善数控机床的控制水平，提高加工效果。

2.2.1 调整联轴器

机床使用的联轴器，是一个柔性的连接单元，主要有两部分。联轴器的两端分别连接伺服电机转子和丝杠。在实际使用中，联轴器部位会发出“啸叫”，这是由于连轴器的高频振动，这样的现象会使加工的工件出现振纹。遇到这类问题，一般是采取调整伺服参数来予以解决。如调整电流环路1/2PI功能和速度环路比例项高速处理功能，进而提高伺服高速相应PID的参数。但是，绝大多数的情况下，对于这类问题，采取的是更换联轴器或和调整机械安装误差来予以解决。

2.2.2 伺服爬行问题

数控车床如果存在爬行问题，会使车床加工时，尺寸控制不严，导致反向脉冲出现。对于伺服爬行问题，可以采取对数控机床的X、Z向伺服轴进行单脉冲检测。然后，更改电气设备的设置，对爬行问题予以解决。

3 总结

数控机床作为当前机械加工领域的重要帮手，对其进行深入研究，并加大相关技术的应用验证十分有必要。数控机床的伺服调整技术能够对数控机床存在的结构问题、装配问题和电气系统问题予以有效的解决，使加工而成的工件质量很高。数控机床的伺服调整技术种类繁多，涉及到机床的各个方面，需要我们进一步深入研究并予以验证，希望能促进相关技术在数控机床加工中的实际应用。

参考文献

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