1 引言
數(shù)控機(jī)床主要由存儲(chǔ)介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、檢測反饋系統(tǒng)、機(jī)床本體等五大部分組成。作為數(shù)控機(jī)床最為核心的子系統(tǒng)一進(jìn)給伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，即實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床位置與速度控制功能。數(shù)控機(jī)床安裝后，需經(jīng)機(jī)電聯(lián)調(diào)工作環(huán)節(jié)，進(jìn)給伺服系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)上述功能。本文以數(shù)控車床Z軸為例，介紹進(jìn)給伺服軸的調(diào)試方法與過程。
2 數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服軸調(diào)試前的準(zhǔn)備工作
根據(jù)數(shù)控機(jī)床的具體功能要求，需做以下調(diào)試前的準(zhǔn)備工作：(1)明確數(shù)控裝置的配置型號(hào)，了解數(shù)控裝置的功能及參數(shù)。(2)熟悉機(jī)床采用的電氣元件清單，了解其功能及主要技術(shù)參數(shù)。(3)完成機(jī)床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的安裝。進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的安裝主要包括以下內(nèi)容：迸給電機(jī)與進(jìn)給驅(qū)動(dòng)器的電氣連接；進(jìn)給驅(qū)動(dòng)器與數(shù)控裝置的電氣連接；輔助電氣控制回路與數(shù)控裝置的連接；進(jìn)給電機(jī)與機(jī)床進(jìn)給絲杠的連接(調(diào)試前需斷開，防止調(diào)試過程發(fā)生意外)。(4)根據(jù)機(jī)床電氣原理圖及電氣安裝圖，檢查電氣線路，確保連接的準(zhǔn)確性。
3 進(jìn)給伺服軸的調(diào)試
數(shù)控機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)的調(diào)試主要包括兩部分：強(qiáng)電調(diào)試(數(shù)控系統(tǒng)外圍的電氣連接的調(diào)試)和弱電調(diào)試(數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)PLC的調(diào)試)。
3.1 機(jī)床電氣控制調(diào)試
合上機(jī)床總電源開關(guān)前．?dāng)嚅_所有空氣開關(guān)，尤其防止不正確的電源進(jìn)入造成數(shù)控系統(tǒng)的損壞。
3.1.1電源電壓的檢測
為保證人身和設(shè)備的安全。根據(jù)電氣原理圖．逐步合上空氣開關(guān)(先接通控制電源再接通強(qiáng)電電源)，確認(rèn)各種電源電壓是否正常，如進(jìn)線電源(380V)，伺服變壓器副邊電壓(220V、lIOV、28V)等，各電源電壓的偏差應(yīng)控制在+10％-15％。
3.1.2 控制回路的調(diào)試
(1)數(shù)控裝置電源的啟動(dòng)/停止啟動(dòng)數(shù)控裝置電源前，最好拔下數(shù)控裝置電源插頭，測量2、4腳或1、5腳，電源電壓為DC24V，斷開空氣開關(guān)，插好電源插頭，啟動(dòng)后，觀察LCD是否出現(xiàn)顯示。
(2)急停回路
數(shù)控裝置的操作面板和手持單元上均設(shè)有急停按鈕，用于數(shù)控機(jī)床出現(xiàn)緊急情況下，使機(jī)床立即停止運(yùn)動(dòng)或切斷伺服驅(qū)動(dòng)裝置的主電源。數(shù)控機(jī)床的急停按鈕通常與各坐標(biāo)軸的硬極限開關(guān)、超程解除開關(guān)串接．以避免由于伺服反饋系統(tǒng)發(fā)生故障而使機(jī)床移動(dòng)超出軟件限位值損壞機(jī)床。急停回路如圖1所示。
(3)機(jī)床導(dǎo)軌潤滑、照明、指示燈控制網(wǎng)路根據(jù)電氣控制回路，查看機(jī)床導(dǎo)軌潤滑、照明燈及指示燈控制中1路。
3.2機(jī)床參數(shù)調(diào)試
數(shù)控裝置和進(jìn)給伺服裝置通電后，經(jīng)自檢進(jìn)入機(jī)床主控制畫面．要想數(shù)控機(jī)床正常工作，需進(jìn)行必要的參數(shù)設(shè)置。
3.2.1 CNC系統(tǒng)參數(shù)的檢查
根據(jù)機(jī)床現(xiàn)場硬件配置，檢查系統(tǒng)參數(shù)是否正確，正確設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)是正常運(yùn)行系統(tǒng)的前提條件，具體參數(shù)如下：
數(shù)控系統(tǒng)型號(hào)：HNC一21MF(本系統(tǒng)軟件所支持的硬件類型)；數(shù)控系統(tǒng)類型：1(系統(tǒng)軟件的類型：1銑床，2車床，3車銑復(fù)合)；最多允許的通道數(shù)：1；最多允許的軸數(shù)：4；最多允許的聯(lián)動(dòng)軸數(shù)：3；插補(bǔ)周期：4ms；刀具壽命管理：0(0禁止，l啟用)；移動(dòng)軸脈沖當(dāng)量分母：1(用以確定移動(dòng)軸內(nèi)部脈沖當(dāng)量，即內(nèi)部運(yùn)算的最小單位為1um/此值)；極坐標(biāo)編程、旋轉(zhuǎn)變換、縮放、鏡像功能：1(1開通，0未開通)。
3.2.2 進(jìn)給伺服軸的設(shè)定
進(jìn)給伺服軸的沒定主要包括伺服軸所屬通道、軸號(hào)、軸名稱、軸類型，具體參數(shù)如下：
(1)通道設(shè)置參數(shù)
通道名稱：0(通道名稱用于區(qū)別不同的通道，字母或數(shù)字的組合，最多8位字符，通常選擇0通道)；通道使能：1(所選通道是否有效。0：無效，l：有效)；z軸軸號(hào)：2(分配到本通道邏輯軸7的實(shí)際軸軸號(hào)，0~15有效，-1無效)。
(2)坐標(biāo)(伺服)軸參數(shù)
軸2：Z(此值與通道參數(shù)中軸號(hào)設(shè)為0的邏輯軸軸名相同)；所屬通道號(hào)：0(該實(shí)際軸指定的所屬通道號(hào)，與通道參數(shù)中設(shè)置相同)；軸類型：1(0：未安裝，1：移動(dòng)軸，2：旋轉(zhuǎn)軸)；伺服驅(qū)動(dòng)器部件號(hào)：2(軸2伺服驅(qū)動(dòng)裝置的部件號(hào)一般設(shè)為2，對應(yīng)外部軸控制接口XS32．其他軸類推)；定位允差：30um；最高快移速度：3800(mm/min)；最高加工速度：3000(mm/min)。
3.2.3坐標(biāo)(伺服)軸硬件配置參數(shù)
3.2.3.1數(shù)控裝置
(1)部件2(軸2)
部件型號(hào)：5301(指定接口板卡的型號(hào))；標(biāo)識(shí)：45(脈沖指令的伺服驅(qū)動(dòng))；地址：0(指定外部設(shè)備占用的地址)；配置0：2；配置1：0。
配置0設(shè)置的具體方法：配置0由八位二進(jìn)制數(shù)(D0一D8)表示，(DO—D3)指伺服軸號(hào)，fD4一DS)指數(shù)控裝置脈沖指令形式(oo：缺省單脈沖輸出；Ol：單脈沖輸出；10：正反向脈沖輸出；Il：正交脈沖輸出)，(D6一D7)指數(shù)控裝置接收反饋脈沖指令形式。
(2)部件20(機(jī)床操作面板)1
部件犁號(hào)：5301；標(biāo)識(shí)：13；地址：0；配置O：O；配置l：0。
(3)部件21(外部基本YO信號(hào))
部件型號(hào)：5301；標(biāo)識(shí)：13；地址：0；配置0：1；配置1：0。
(4)部件24(手持單元)
部件型號(hào)：5301；標(biāo)識(shí)：31；地址：O；配置0：5；配置1：0。
3.2.3.2伺服驅(qū)動(dòng)器
P22位置指令脈沖輸入方式：1(脈沖+方向，單脈沖)；P23控制方式選擇：0(位置控制方式)；P24伺服電機(jī)磁極對數(shù)：3(根據(jù)所選電機(jī)設(shè)置)；P25編碼器分辨率：2500(根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置)；P26編碼器零位偏移量：0(配置登奇電動(dòng)機(jī))。
3.2.4坐標(biāo)(伺服)軸伺服參數(shù)
3.2.4.1基本參數(shù)
是否帶反饋：45；電機(jī)每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)為2500；最大跟蹤誤差：12000um。
3.2.4.2坐標(biāo)軸指令值與反饋值的匹配
要使數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)軸的指令值與反饋值相同，需調(diào)整數(shù)控裝置中反饋電子齒輪比(伺服內(nèi)部參數(shù)[1]/1_司服內(nèi)部參數(shù)[2])和伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的指令倍頻數(shù)(位置指令脈沖分頻分子/位置指令脈沖分頻分母)，具體計(jì)算方法如下：
(1)伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的指令倍頻數(shù)
G=NxCx4/P=1x2500x4/10000=1/1(N：電機(jī)旋轉(zhuǎn)圈數(shù)；C：光電編碼器線數(shù)；P：輸入指令的脈沖數(shù)；G：電子齒輪比=指令脈沖分頻分子/指令脈沖分頻分母)
(2)反饋電子齒輪比
反饋電子齒輪比=X1*X2=1x1=1(X1：數(shù)控裝置細(xì)分?jǐn)?shù)；X2：伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部電子齒輪比的倒數(shù))
3.2.4.3坐標(biāo)軸程序指令與機(jī)床實(shí)際移動(dòng)距離匹配
為適應(yīng)機(jī)床絲杠螺距、傳動(dòng)比的變化，使程序指令值與機(jī)床實(shí)際移動(dòng)距離相同，需調(diào)整外部電子齒輪比，即軸參數(shù)中的外部脈沖當(dāng)量分子/外部脈沖當(dāng)量分母。具體計(jì)算方法如下：
外部電子齒輪比=LxJ/(M×B×X1×X2)=6000×1/2500×4x1x1=3/5(um)
L：絲柯=螺距所對應(yīng)的內(nèi)部脈沖當(dāng)量；N：電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈，所需的脈沖數(shù)；J：機(jī)床進(jìn)給軸的機(jī)械傳動(dòng)齒輪比；M：電機(jī)碼盤線數(shù)；B：數(shù)控裝置對伺服電機(jī)碼盤反饋的倍頻數(shù)；X1：數(shù)控裝置細(xì)分?jǐn)?shù)；X2：伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部電子齒輪比的倒數(shù)。
3.2.5坐標(biāo)(伺服)軸行程設(shè)置
行程的設(shè)置原則應(yīng)保證其得到充分利用，使機(jī)床獲得最大的行程。數(shù)控機(jī)床的行程保護(hù)分兩級(jí)：一是軟件限位保護(hù)(數(shù)控裝置軸參數(shù)中正軟極限位置、負(fù)軟極限位置設(shè)置)，二是硬件限位保護(hù)(由機(jī)床各軸限位開關(guān)和急停按鈕組成的急停回路來實(shí)現(xiàn))
3.2.6坐標(biāo)(伺服)軸參考點(diǎn)設(shè)置
參考點(diǎn)是數(shù)控機(jī)床一個(gè)固定點(diǎn)，一般在各軸正向最大極限處。回參考點(diǎn)是為建立起機(jī)床坐標(biāo)系、確立機(jī)床的基準(zhǔn)點(diǎn)而進(jìn)行的開機(jī)時(shí)的操作。目前大多數(shù)機(jī)床主要采用有擋塊回參考點(diǎn)方法(行程開關(guān)+機(jī)械擋塊)，對于配有華中數(shù)控裝置的數(shù)控機(jī)床主要采用雙向回參考點(diǎn)方式，即+一+方式。設(shè)置回參考點(diǎn)參數(shù)如下：
回參考點(diǎn)方式：2(雙向回參考點(diǎn))；pI參考點(diǎn)方向：+；參考點(diǎn)位置：0(設(shè)置參考點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的坐標(biāo)位置，此時(shí)機(jī)床零點(diǎn)與機(jī)床參考點(diǎn)重合)；參考點(diǎn)開關(guān)偏差：0(回參考點(diǎn)時(shí)，坐標(biāo)軸找到z脈沖后．并不作為參考點(diǎn)，而是繼續(xù)走過一個(gè)參考點(diǎn)開關(guān)偏差值。才將其坐標(biāo)設(shè)置為參考點(diǎn))參考點(diǎn)快移速度：3800；回參考點(diǎn)定位速度：200。
3.2.7坐標(biāo)(伺服)軸伺服優(yōu)化參數(shù)
伺服優(yōu)化的主要目的是使數(shù)控系統(tǒng)的控制配合發(fā)揮出最佳動(dòng)態(tài)效果，達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)的最佳動(dòng)態(tài)特性。伺服優(yōu)化的主要參數(shù)如下：
(1)數(shù)控裝置設(shè)置參數(shù)
快移加減速時(shí)間常數(shù)(ms)：32；快移加減速捷度時(shí)間常數(shù)(ms)：16；加工減速時(shí)間常數(shù)(ms)：32；加工加減速捷度時(shí)間常數(shù)(ms)：16。以上四個(gè)參數(shù)根據(jù)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、驅(qū)動(dòng)器加速能力確定。
(2)伺服驅(qū)動(dòng)器設(shè)置參數(shù)(HSV-16)
PO位置比例增益：3000；P2速度比例增益：4000；P3速度積分時(shí)間常數(shù)：16ms；P6加減速時(shí)間常數(shù)：200；P11定位完成范圍：100；P12位置超差范圍：32767。
3.2.8 PMC程序調(diào)試
為方便用戶的使用．華中數(shù)控裝置配有標(biāo)準(zhǔn)PLC界面，鑒于篇幅的限制，在此不詳細(xì)介紹。
4 結(jié)語
數(shù)控機(jī)床的凋試是一項(xiàng)十分復(fù)雜而具體的技術(shù)性工作，調(diào)試人員需核實(shí)檢查，尊重實(shí)際，隨時(shí)保持機(jī)床清潔與潤滑，調(diào)試后做好機(jī)床數(shù)據(jù)的備份工作，對于多臺(tái)相同設(shè)備的調(diào)試，利用數(shù)控裝置裝入?yún)?shù)功能采用備份數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)批量調(diào)試。
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