驱动优化在数控机床故障处理中的应用

闻发祥 王力飞

（中国航天科技集团第四研究院7414厂 西安）

数控系统的主要功能是将NC程序转变成相应轴的机械位移，在轴位移过程中，特别在模具高速加工中，良好的动态特性和稳定性是驱动稳定高效运行的关键。一般在机床调试时系统会给定一组相应轴的默认参数，这些参数多是为保证系统正常运行比较保守的参数，驱动优化目的是在现有基础上尽可能提高系统动态性。了解驱动优化的原理和流程后，机床维修人员可利用驱动优化的相关功能跟踪测量系统的一些重要参数，并利用优化测试结果进行一些故障诊断或简单的优化调整。

1.沈阳第一机床厂HTM2050车镗复合专机，在加工产品过程中，出现圆度超差，同时铣完的外圆表面Y轴方向有明显的两条对称凸起棱。

该机床使用西门子840D系统，通过操作面板可方便地对加工轴Y、Z轴进行圆度测试（图1）。观察分析圆度测试显示出的圆状态，初步认为问题原因有两方面。

图1 圆度测试

（1）两轴速度不匹配，插补效果差导致圆轨迹变形。使用西门子动态匹配功能，在速度较快的Z轴设置动态匹配参数（MD32900，MD32910）。这样数控系统就会根据参数适当降低该轴速度，使之与另一个轴的速度相匹配。进行圆度测试，两轴插补效果良好。

（2）其次是Y轴过象限误差过大，出现过象限点凸起。采用过象限误差补偿弥补，调整摩擦补偿时常用的参数有MD32500（摩擦补偿是否生效）、MD32520（摩擦补偿的幅值）和MD 32540（摩擦补偿的时间常数）。此次补偿值设置较大，Y轴凸起现象仍没有改观。使用840D系统的伺服轨迹功能检查Y轴的跟随误差，发现Y轴跟随误差超过2.32 mm，判断机械传动结构松动，设置的补偿值被传动间隙淹没未生效。检查确认是Y轴电机同步带松，调紧同步带后，故障排除。

2.济南第二机床厂的TK2420镗铣床在加工过程中，出现加工外圆尺寸超差，系统无报警。

该机床采用西门子840D系统，利用系统的圆度测试功能检查两个加工轴的轮廓精度（图2）。数控系统执行1个圆弧指令，如果合成圆弧轨迹的两个坐标轴的位置跟随误差不同，某个轴跟随误差较大，则使得实际轨迹呈椭圆。位置跟随误差值与该坐标位置控制器增益有关，位置控制器增益越高，位置跟随误差越小。结合圆度测试的圆状态看，初步认为是X、Y两个坐标轴的位置控制增益不匹配。进入参数设置界面，发现X轴和Y轴的位置环增益 MD32200：POSCTRL_GAIN（kV因子）=1，应该是没问题。由于调试位置控制器增益的前提是速度控制具有较高的增益，若驱动系统的速度控制器特性软（速度跟随误差大），则直接调试位置控制器增益可能不会减小位置跟随误差。通过840D系统的自动优化设置功能，调整速度控制增益参数，圆度测试结果有较大改善（图3），圆度误差由931.749 μm 减小到13.744 μm。

3.国产大型定梁龙门镗铣床开机后一段时间，系统出现300515轴X驱动散热器温度超差报警。

该机床使用SIMODRIVE 611D驱动配置，通过冷却体上的温度开关获得功率部件温度并反馈到检测系统。以往类似的温度高报警均因风扇不转，造成周围温度过高、散热通风不良等。初步判断是驱动器风扇坏或驱动器内部太脏散热不良。从配电柜拆下驱动模块，用压缩空气吹掉电路板外面灰尘，取出散热风扇，清理叶片上的油污后外接电源测试，可正常运转，回装驱动模块，故障依旧。分析X轴的幅频特性曲线，曲线存在超过0 DB的部分，系统有可能振荡。在HMI的驱动数据界面可看到坐标轴的静止电流达到了20%，远超过正常的Y轴显示的3%，进一步说明系统存在振荡。降低X轴的位置环增益参数MD32200后，故障消失。

图2 调整前圆度测试

图3 调整后圆度测试