HSV-160伺服驱动器在机床上的应用调试

刘 宁 张 强 杜海龙

(沈阳机床股份有限公司，辽宁沈阳 110042)

决定数控机床稳定性的重要指标之一就是数控系统和伺服驱动的可靠性。以华中数控股份有限公司生产的HSV-160交流伺服驱动器为例，介绍该伺服在我单位机床上实际应用中的调试经验、出现的问题和解决方法。

1 HSV-160性能特点

HSV-160采用专用运动控制数字信号处理器(DSP)，大规模现场可编程逻辑阵列(FPGA)和智能化功率模块(IPM)等最新技术设计，具有操作简单，可靠性高，体积小，易于安装等特点，最高转速可设为3000 r/min，最低转速为0.3 r/min；调速比为1∶10000，并有五种控制方式：位置控制方式，速度控制方式，转矩控制方式，JOG控制方式，内部速度控制方式。

2 重要参数的调整

HSV-160参数分为两类，一类为运动参数，一类为控制参数，分别对应在运动参数模式和控制参数模式。在机床运行不理想时，用户应通过驱动器面板按键或计算机串口来设定和调整这些参数，以达到最佳的控制效果。几个与机床基本控制动作密切相关的参数意义为：

(1)“2”号为是否允许反馈断线报警，当连接电缆损坏时对伺服起保护作用。建议将此值设为1，以起到保护目的。

(2)“6”号为加减速时间常数。该值是表示电动机从最低转速到最高转速的启动时间，或从最高转速到最低转速的减速时间。加速度时间越小，机床加工性能越好，但太小会产生伺服报警，应按实际情况来调节，最佳值应设为600。

(3)“12”号为是否允许伺服电动机过热报警。有时电动机端监测点为常开点时，可在0和1之间互换设置值，根据具体接法设置此值。

(4)“17”号为最高速度限制。最高速度为伺服电动机的最高速度限制值，用户应根据电动机的实际转速进行设定，应不大于电动机转速的1.5倍。

(5)“25”号为编码器分辨率，出厂值为2。2代表编码器分辨率为每转2500个脉冲。还有多种脉冲线数供选择，用户可按编码器实际线数来设定此值。

3 电子齿轮比的调整方法

若要正确改变外部指令和所发位置指令的关系，必须合理设置伺服驱动装置的电子齿轮比。HSV-160的反馈电子齿轮比计算方法为

反馈电子齿轮分子/反馈电子齿轮分母=WX1X2/(MB)

式中：W为电动机转一圈所需脉冲数；M为伺服电动机的码盘线数；X1为数控系统的细分数；X2为伺服驱动器的倍频数或伺服驱动器的内部电子齿轮比；B为数控系统对伺服电动机的码盘反馈的倍频数。对伺服电动机来说，W=M，所以：

反馈电子齿轮分子/反馈电子齿轮分母=X1X2/B

通过这个公式我们可以很方便地设置出伺服端齿轮比。以一个例子来说明其设置。

例：电动机编码器为2500线，驱动器内部进行了4倍频处理，计算系统的反馈电子齿轮比。

若采用HNC-21T系统，对伺服的反馈信号有4倍频，X1X2为4，因此反馈电子齿轮比为：

反馈电子齿轮分子/反馈电子齿轮分母=4/4=1/1

若采用HNC-18I系统，对伺服的反馈信号没有倍频，X1X2为4，因此反馈电子齿轮比为：

反馈电子齿轮分子/反馈电子齿轮分母=4/1

4 HSV-160伺服的优化

机床要实现高精度加工，对伺服的优化必不可少。伺服优化就是调整伺服本身的增益，以输出更好的脉冲特性。驱动器本身自带的增益参数基本能满足用户加工的要求，但在以下情况时，应适当对相关控制参数作出调整，以保证高精度加工要求。以几个我厂调试中总结的方法说明如下：

(1)机床运行中伺服电动机出现较大的电流噪声或嚣叫声。这是因为电动机的增益设置的太大，应降低PA-27(电流控制比例增益)参数值，最佳值为1560，增加PA-28(电流控制积分时间)参数值，最佳值为5。调到最佳值后，一般情况下问题就可以得到解决。若效果仍不明显，可以设定参数PA-4(速度反馈滤波因子)为2(最佳值为2)。一般情况下不要调节PA-4参数，因为此值调整不当会引起振荡。

(2)机床伺服电动机在零速时，驱动器处于使能状态，电动机轴有低频振动的声音，首先要降低PA-27(电流控制比例增益)参数值，最佳值为1560，增加PA-28(电流控制积分时间)参数值，最佳值为5。调到最佳值后，若效果不明显，再调节PA-32(转矩滤波指令时间常数)参数值为12。另外，还可以设定参数PA-4(速度反馈滤波因子)为2。一般情况下不要调节PA-4参数。

(3)如果负载惯量在电动机转子惯量5倍以上，也就是在大负载惯量下使用时，可能会发生在减速时主电路过电压或制动异常。这时可以增加加减速时间(参数PA-6)值，设定为600(最佳值)，也可以先设得大一点，再逐步降低至最佳值；或者减小最大输出转矩(参数PA-5)值到最佳范围内，最佳范围为15000～28000。如果要保证更好的效果，还应安装外加的再生制动装置。

5 故障诊断与排除

当伺服驱动器发生故障时，机床上相关的部件在执行动作时就会表现出很多问题，这时可以通过发生的故障现象来查找原因。目前常见的诊断方法有直接观察法，替换法，参数检查法，隔离法，而通过报警形式来解决问题是最行之有效的办法之一。

HSV-160型伺服驱动器驱动的机床进给伺服系统的故障按机床提供的报警形式大致可分为三类：

(1)通过CRT或操作面板显示报警内容，它是利用软件的诊断程序来实现的。

(2)通过进给伺服驱动单元上的硬件(如发光二极管或数码管指示，保险丝熔断等)来显示报警驱动单元的故障。

(3)机床进给运动机构不能正常工作，但伺服驱动器上没有任何报警显示。

结合这三种报警形式就可快速地对故障进行分析与判断，从而解决问题。

在第一种情况时，需进行机床上下电，伺服驱动器复位后，故障问题可自动消除。

例如：面板上出现驱动器未就绪报警，原因为PLC扫描周期未完成，经按下急停按钮，再旋开后，系统经过复位，故障自动得以解除。

遇到第二种情况时，驱动面板上的数码管会显示对应的报警信息，用户可通过面板上的报警号来处理故障问题。

此类问题出现的原因大多为参数未设置好或部件损坏所致。处理这种问题时可以采用交换法。

例如：一台数控车床，按下X轴正向按钮后，X轴不移动，其他功能正常。

故障分析：首先，判断故障可能由系统、驱动器或电动机引起的，这时可以采用交换法来排除故障。将伺服电动机驱动电缆交换一下以后，X轴工作正常，Z轴电动机不动，说明电动机是正常的，系统到驱动器信号也正常。由此可判断出原X轴驱动器损坏，换上一个正常的驱动器试后，发现X轴能够正常移动，故障排除。

当遇到第三种情况时，大多是线路连接和参数未设置好的问题，也是最不容易查找与解决的，但只要采用合理的诊断方法，问题就可以迎刃而解。下面以几个在我厂应用中出现的问题与解决方法进行说明。

例1：数控机床在工作过程中，电动机在不停地振动，但幅度不大。

此故障属于参数设置不当问题。

故障分析：经过观察，传动环节间隙并不大，排除此原因。查看电动机负载端，电动机转距可以满足传动的要求。由此大致可判断出是驱动器速度环的设定和调整不当。调出速度环比例增益参数PA-2，此值为6000。因为此参数设置越大，刚度越大，但过大会超调，正确范围应在1800～2560之间，所以将此值减小到2500以后，现象消失，故障排除。

例2：数控机床在上电后，伺服电动机立即自动旋转起来，不受按钮控制。

此故障属于线路连接错误的问题。

故障分析：经过观察，机床坐标轴的位置没有发生变化，伺服电动机连接完好无损，排除电动机损坏的可能，并且位置编码器安装位置也没有发生偏移。怀疑是编码器的管脚线号接错。拆开编码器后，对照图纸发现A、B、Z的线号焊错。重新按正确的方法焊接完，机床上电以后，伺服电动机不自动旋转，按下控制按钮后才旋转，故障排除。

例3：数控机床在加工过程中定位精度或加工精度差，达不到加工要求。

此故障属于参数设置不当问题。

故障分析：造成此现象一是机械方面问题，另一个是伺服增益方面参数设置不当。首先观察电动机与机床的连接部分，发现联轴节螺丝有些松动，用螺丝刀拧紧后实验，效果改善不大。排除机械方面的故障。调出驱动器加减速时间参数PA-6，此值为3。因为此值设置太小会产生非线性，将此值设为6(最佳值)后观察，加工精度好了很多。又调出驱动器位置比例增益参数PA-0，此值为2000。此值越小，位置滞后量越大。将此值稍微加大改为最佳值3000后，加工精度达到要求的范围以内，故障排除。

例4：数控机床在上电后，尚未执行任何动作，伺服电动机便产生尖叫声。

此故障属于参数设置不当问题。

故障分析：首先发现位置检测编码器的电缆线有裂口，用万用表量后，发现有一根线已断。更换一根电缆线后，问题仍然存在。调出伺服驱动器参数查看，发现速度环比例增益PA-2值为6000，此值正常范围应在2600以内，最佳值应为2500，速度环积分时间常数PA-3值为40，此值正常范围应在20以内，最佳值为20。将这两个参数调整到最佳值后，电动机不再出现尖叫声，故障排除。

例5：机床Z轴在做快速移动时，伺服电动机出力不足，无法进行加工操作。

此故障属于参数设置不当问题。

故障分析：电动机出力不足往往是电压不足造成的。用万用表量三相输入电压，发现输入电压在正常范围内。检查接地线连接情况，接地线也连接很好，并无松动。调节伺服增益，问题也没解决。最后检查与电动机转矩有关的参数，发现转矩限制参数PA-16设置值为20000。此值正常范围应在22000～28000以内。改大此值到23000后，电动机动作恢复正常，能够进行加工，故障排除。

例6：机床各个伺服轴运行时出现爬行现象。

此故障属于机械连接与参数调整不当问题。

故障分析：首先查找连接伺服电动机和滚珠丝杠的联轴器，因为联轴器松动或存在缺陷的话，会造成滚珠丝杠与伺服电动机的转动不同步，从而会使机床床鞍或载重物进给运动后速度不均匀。检查后发现联轴器确实有些松动。拧紧后，再运行机床，效果好了很多，但速度还有些慢。调出伺服参数检查速度比例增益参数PA-2，其值为1600，数值过小，最佳值为2500。将其改为最佳值后，观察速度积分时间参数PA-3，其值为10，最佳值为20，改为最佳值后，运行机床，各个轴的速度恢复正常，故障排除。

6 结语

伺服驱动进给装置是数控装置与主机之间的连接环节，它是接收数控装置插补生成的进给脉冲信号，经过信号放大后，驱动机床主机的执行机构，实现机床的运动进给。同时对机床实际位置的信号进行采集，插补运算后带动机床轴做加工操作。它的稳定性和运算能力直接影响到机床的实际加工性能。操作者除了要对伺服驱动装置进行深入的了解，还应对其做好日常保养工作，从而保证机床能够实现良好的加工精度。

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