數控機床系統振動爬行的產生原因及消除方法

一、數控機床系統振動的產生原因

數控機床的振動故障，通常發生在機械傳動部分和進給伺服系統。振動產生的原因較為復雜，除了機械方面存在無法消除的傳動間隙、彈性變形、摩擦阻力等因素外，伺服系統相關參數的設置不當，也是引發振動的重要原因。伺服系統分為交流伺服系統和直流伺服系統，本文重點探討直流伺服系統因參數影響而產生的振動問題。目前，大部分數控機床均采用全閉環控制方式。

伺服系統引發振動的原因主要分為以下四種情況：

位置環工作異常，導致輸出電壓不穩定，進而引發振動；
速度環工作異常，是引發系統振動的常見因素之一；
伺服系統可調定位器參數設置過大，造成電壓輸出失真，觸發振動；
傳動機械裝置（如滾珠絲杠）間隙過大，導致傳動不穩定，產生振動。

上述控制環輸出參數失真，或機械傳動裝置間隙超標，均是引發數控機床振動的主要誘因，這類問題均可通過伺服控制系統的參數優化進行解決。

二、數控機床系統振動的消除方法

全閉環伺服系統振動的處理：部分數控伺服系統采用半閉環控制裝置，而全閉環伺服系統的參數調整，必須建立在其局部半閉環系統無振動的前提下進行，兩者的參數優化邏輯大致相同，本文僅介紹全閉環控制情況下的參數優化方法。
降低位置環增益：伺服系統的位置環增益有標準參考值，例如FANUC 0-C系列參考值為3000，西門子3系統參考值為1666。當系統出現振動時，可適當降低位置環增益，但不可過度降低，需保證系統的穩態誤差控制在合理范圍之內。
降低負載慣量比：負載慣量比通常調整至振動發生時所示參數的70%左右，若調整后仍無法消除振動故障，不宜繼續降低該參數值，需排查其他誘因。
啟用高頻抑制功能：以上方法主要針對低頻振動的參數優化，而數控機床有時會因機械結構等因素，導致反饋信號中含有高頻諧波，使輸出轉矩不穩定，進而產生高頻振動。針對這類高頻振動，可在速度環中增設一階低通濾波環節（即轉矩濾波器），抑制高頻諧波，消除振動。