隨著市場的發(fā)展和國內(nèi)功率電子技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)及控制原理等技術(shù)的進(jìn)步，國內(nèi)數(shù)控系統(tǒng)、交流伺服驅(qū)動器及伺服電動機(jī)這兩年有了較大的
發(fā)展，在某些應(yīng)用領(lǐng)域打破了國外的壟斷局面。筆者因多年從事數(shù)控技術(shù)工作，使用了多套日本安川、松下、三洋等數(shù)字伺服，但最近因國產(chǎn)伺服性價比好，使
用了一些北京凱恩帝數(shù)控技術(shù)公司生產(chǎn)的交流伺服驅(qū)動及電動機(jī)，對使用中某些方面總結(jié)了一些簡單實用的技巧。
1KNDSD100基本性能
1.1基本功能
SD100采用國際上先進(jìn)的數(shù)字信號處理器(DSP)TM320(S240)、大規(guī)模可編程門陣列(FPGA)、日本三菱的新一代智能化功率模塊(1PM)，集成度高，體積小，具有超速、過流、過載、主電源過壓欠壓、編碼器異常和位置超差等保護(hù)功能。
與步進(jìn)電動機(jī)相比，交流伺服電動機(jī)無失步現(xiàn)象。伺服電動機(jī)自帶編碼器，位置信號反饋至伺服驅(qū)動器，與開環(huán)位置控制器一起構(gòu)成半閉環(huán)控制系統(tǒng)。調(diào)速比寬1：5000，轉(zhuǎn)矩恒定，1 r和2000r的扭矩基本一樣，從低速到高速都具有穩(wěn)定的轉(zhuǎn)矩特性和很快的響應(yīng)特性。采用全數(shù)字控制，控制簡單靈活。用戶通過參數(shù)修改可以對伺服的工作方式、運行特性作出適當(dāng)?shù)脑O(shè)置。目前價格僅比步進(jìn)電動機(jī)高2000～3000元。
1.2 參數(shù)調(diào)整
SD100為用戶提供了豐富的用戶參數(shù)0～59個，報警參數(shù)1～32個，監(jiān)視方式(電動機(jī)轉(zhuǎn)速，位置偏差等)22個。用戶可以根據(jù)不同的現(xiàn)場情況調(diào)整參數(shù)，以達(dá)到最佳控制效果。幾種常用的參數(shù)的含義是：
(1)“0”號為密碼參數(shù)，出廠值315，用戶改變型號必須將此密碼改為385。
(2)“1”號為型號代碼，對應(yīng)同系列不同功率級別的驅(qū)動器和電動機(jī)。
(3)“4”號為控制方式選擇，改變此參數(shù)可設(shè)置驅(qū)動器的控制方式。其中，“0”為位置控制方式；“1”為速度控制方式；“2”為試運行控制方式；“3”為JOG控制方式；“4”為編碼器調(diào)零方式；“5”為開環(huán)控制方式(用戶測試電壓及編碼器)；“6”為轉(zhuǎn)矩控制方式。
(4)“5”號為速度比例增益，出廠值為150。此設(shè)置值越大，增益越高，剛度越高。參數(shù)設(shè)置根據(jù)具體的伺服驅(qū)動型號和負(fù)載情況設(shè)定。一般情況下，負(fù)載慣量越大，設(shè)定值越大。在系統(tǒng)不產(chǎn)生振蕩情況下，應(yīng)盡量設(shè)定較大些。
(5)“6”號為速度積分時間常數(shù)，出廠值為20。此設(shè)定值越小，積分速度越快，太小容易產(chǎn)生超調(diào)，太大使響應(yīng)變慢。參數(shù)設(shè)置根據(jù)具體的伺服驅(qū)動型號和負(fù)載確定。一般情況下，負(fù)載慣量越大，設(shè)定值越大。
(6)“40”、“4l”號為加減速時間常數(shù)，出廠設(shè)定為0。此設(shè)定值表示電動機(jī)以0～100r/min轉(zhuǎn)速所需的加速時間或減速時間。加減速特性呈線性。(7)“9”號為位置比例增益，出廠沒定為40。此設(shè)置值越大，增益越高，剛度越高，相同頻率指令脈沖條件下，位置滯后量越小。但數(shù)值太大可能會引起振蕩或超調(diào)。參數(shù)數(shù)值根據(jù)具體的伺服驅(qū)動型號和負(fù)載情況而定。
2 KNDSD100的參數(shù)設(shè)置技巧
SD100伺服驅(qū)動器和凱恩帝數(shù)控系統(tǒng)相配時，只需設(shè)定表1中的參數(shù)，其余參數(shù)，一般情況下，不用修改。
電子齒輪比的設(shè)置如下：配KND-SD100伺服驅(qū)動器，應(yīng)將KND系統(tǒng)的電子齒輪比設(shè)置為CMR/CMD=1：1，。KND-SD100伺服驅(qū)動器電子齒輪比設(shè)置為
位置指令脈沖分頻分子(PA12)/位置指令脈沖分頻分母(PA13)=4×2500(編碼器條紋數(shù))/帶輪比×絲杠螺距×1000
分子分母可約成整數(shù)。
對于車床，如果X軸以直徑編程，以上公式分母應(yīng)乘以2，即：
位置指令脈沖分頻分子(PA12)/位置指令脈沖分頻分母(PA13)=4×2500(編碼器條紋數(shù))/帶輪比×絲杠螺距×1000×2
例：X軸絲杠螺距為4mm,1：1傳動；Z軸絲杠螺距為6mm,1：2減速傳動，則X軸驅(qū)動器的電子齒輪比為
PA12/PA13=4×2500/(1×4×1000×2)=5/4。
Z軸驅(qū)動器的電子齒輪比為
PA12/PA13=4×2500/(6×1000×1/2)(減速傳動比)=10/3
所以，對于X軸驅(qū)動器，PA/2/PA/3應(yīng)設(shè)定為5/4,對于Z軸驅(qū)動器，PA12/PA13應(yīng)設(shè)定為10/3。
3 KNDSD100的參數(shù)優(yōu)化技巧
(1)根據(jù)上述設(shè)置好SD100伺服驅(qū)動器參數(shù)后，開始優(yōu)化調(diào)整伺服性能，即驅(qū)動增益參數(shù)的調(diào)整。一般SD100驅(qū)動器保持缺省的增益參數(shù)，基本可以滿足用戶的加工要求。在缺省增益運行電動機(jī)時，如果電動機(jī)發(fā)出異常聲音，則要首先考慮電動機(jī)軸的安裝是否存在問題。經(jīng)檢查問題后可考慮采用共振抑制的辦法，修改7號參數(shù)(轉(zhuǎn)矩濾波器)和8號參數(shù)(速度檢測低通濾波器)來抑制電動機(jī)產(chǎn)生的振動。7、8號參數(shù)缺省參數(shù)為100，可試著每次將7、8號參數(shù)分別減少10，按確認(rèn)鍵。運行電動機(jī)，如還不正常，再減少10，直到電動機(jī)無異常聲音。一般7，8號參數(shù)的調(diào)整范圍為20～80之間，這樣基本能達(dá)到共振抑制的效果。
(2)保持出廠參數(shù)時達(dá)不到加工效果，比如車床車出的斜面粗糙度值大，可試著再調(diào)整如下參數(shù)：①速度比例增益PA5的調(diào)整：確認(rèn)驅(qū)動器正常啟動，用數(shù)控系統(tǒng)手動控制電動機(jī)轉(zhuǎn)動(機(jī)床移動)。確認(rèn)如果電動機(jī)不振動，加大調(diào)整此參數(shù)。設(shè)定值越大，剛性越大，機(jī)床的定位精度越高，每次加大數(shù)值5，直到產(chǎn)生振動，將此值減小到穩(wěn)定后，再將此值減10；②位置比例增益PA9：在穩(wěn)定范圍內(nèi)，盡量設(shè)置得較大，這樣機(jī)床跟蹤特性好，滯后誤差小。同速度比例增益的調(diào)整相似，在不產(chǎn)生振動的情況下應(yīng)盡可能調(diào)大此值；③如以上兩參數(shù)提高后還達(dá)不到加工效果，可采用調(diào)整7、8號參數(shù)的方法進(jìn)行振動的抑制參數(shù)調(diào)整。調(diào)整后，驅(qū)動器5、9號參數(shù)可以再向上調(diào)一些，這樣應(yīng)該可以滿足用戶的加工要求。4 KNDSD100的故障處理技巧
一旦出現(xiàn)報警信號，伺服單元將禁止電動機(jī)運行，以及對用戶參數(shù)的調(diào)整，直至斷電后重新上電。用戶可以根據(jù)顯示的報警信息來判斷故障的類型以及引起故障的原因。具體故障處理辦法可以參考SD100用戶手冊。如果連報警都沒有，那自然就是驅(qū)動器故障。當(dāng)然，還有可能是伺服根本沒有故障，而是控制信號或上位機(jī)有問題導(dǎo)致伺服沒有動作。
除了看驅(qū)動器上的錯誤、報警號，查手冊外，有時最直接的判斷就是互換，如數(shù)控車床的X軸和Z軸互換(型號相同才可以)。或在伺服電動機(jī)功率差距不大的情況下，修改伺服驅(qū)動器某些特征參數(shù)(如KNDSD100的“1”號型號代碼參數(shù))，短時間內(nèi)互換，確定故障后再換回來是可以的。
還可以通過修改數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)，將某軸如X軸鎖住，不讓系統(tǒng)檢測X軸，達(dá)到判斷目的。但應(yīng)注意：X軸與Z軸互換，即使型號相同，機(jī)床可能因為負(fù)載不同、參數(shù)不同而產(chǎn)生問題。在確認(rèn)檢查方案動手前，一定要考慮全面，以免造成不必要的損失。
再有，因為交流伺服單元通常使用數(shù)控系統(tǒng)統(tǒng)一供電系統(tǒng)，三相交流220 V的電壓來自伺服變壓器。所以在操作過程中必須符合操作規(guī)范。例如：U、V、W三相輸出必須按照正確的順序連接，否則電動機(jī)將不能正常運轉(zhuǎn)，將給出報警信號，并禁止電動機(jī)運行。
此外，還可以利用報警表(表2)提示來處理故障。
5伺服電動機(jī)的其他問題處理技巧
(1)電動機(jī)竄動：在進(jìn)給時出現(xiàn)竄動現(xiàn)象，測速信號不穩(wěn)定，如編碼器有裂紋；接線端子接觸不良，如螺釘松動等；當(dāng)竄動發(fā)生在由正方向運動與反方向運動的換向瞬間時，一般是由于進(jìn)給傳動鏈的反向問隙或伺服驅(qū)動增益過大所致；
(2)電動機(jī)爬行：大多發(fā)生在起動加速段或低速進(jìn)給時，一般是由于進(jìn)給傳動鏈的潤滑狀態(tài)不良，伺服系統(tǒng)增益低及外加負(fù)載過大等因素所致。尤其要注意的是，伺服電動機(jī)和滾珠絲杠聯(lián)接用的聯(lián)軸器，由于連接松動或聯(lián)軸器本身的缺陷，如裂紋等，造成滾珠絲杠與伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)動不同步，從而使進(jìn)給運動忽快忽慢；
(3)電動機(jī)振動：機(jī)床高速運行時，可能產(chǎn)生振動，這時就會產(chǎn)生過流報警。機(jī)床振動問題一般屬于速度問題，所以應(yīng)尋找速度環(huán)問題；
(4)電動機(jī)轉(zhuǎn)矩降低：伺服電動機(jī)從額定堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩到高速運轉(zhuǎn)時，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩會突然降低，這時因為電動機(jī)繞組的散熱損壞和機(jī)械部分發(fā)熱引起的。高速時，電動機(jī)溫升變大，因此，正確使用伺服電動機(jī)前一定要對電動機(jī)的負(fù)載進(jìn)行驗算；
(5)電動機(jī)位置誤差：當(dāng)伺服軸運動超過位置允差范圍時(KNDSD100出廠標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置PA17：400，位置超差檢測范圍)，伺服驅(qū)動器就會出現(xiàn)“4”號位置超差報警。主要原因有：系統(tǒng)設(shè)定的允差范圍小；伺服系統(tǒng)增益設(shè)置不當(dāng)；位置檢測裝置有污染；進(jìn)給傳動鏈累計誤差過大等；
(6)電動機(jī)不轉(zhuǎn)：數(shù)控系統(tǒng)到伺服驅(qū)動器除了聯(lián)結(jié)脈沖+方向信號外，還有使能控制信號，一般為DC+24 V繼電器線圈電壓。伺服電動機(jī)不轉(zhuǎn)，常用診斷方法有：檢查數(shù)控系統(tǒng)是否有脈沖信號輸出；檢查使能信號是否接通；通過液晶屏觀測系統(tǒng)輸入/出狀態(tài)是否滿足進(jìn)給軸的起動條件；對帶電磁制動器的伺服電動機(jī)確認(rèn)制動已經(jīng)打開；驅(qū)動器有故障；伺服電動機(jī)有故障；伺服電動機(jī)和滾珠絲杠聯(lián)結(jié)聯(lián)軸節(jié)失效或鍵脫開等。
6結(jié)語
綜上所述，數(shù)控機(jī)床伺服驅(qū)動器的正確使用除按用戶手冊正確設(shè)置參數(shù)外，還應(yīng)結(jié)合使用現(xiàn)場和負(fù)載情況，靈活操作。實際工作中，使用者只有具備較強(qiáng)的參數(shù)理解能力和實踐技能，才能摸索出調(diào)試驅(qū)動器和電動機(jī)的技巧，才能用好伺服驅(qū)動和伺服電動機(jī)。
