数控机床系统振动爬行的产生原因及消除方法
2026-03-25 14:00:00

数控机床系统振动爬行的产生原因及消除方法


一、数控机床系统振动的产生原因

数控机床的振动故障,通常发生在机械传动部分和进给伺服系统。振动产生的原因较为复杂,除了机械方面存在无法消除的传动间隙、弹性变形、摩擦阻力等因素外,伺服系统相关参数的设置不当,也是引发振动的重要原因。伺服系统分为交流伺服系统和直流伺服系统,本文重点探讨直流伺服系统因参数影响而产生的振动问题。目前,大部分数控机床均采用全闭环控制方式。
伺服系统引发振动的原因主要分为以下四种情况:
  1. 位置环工作异常,导致输出电压不稳定,进而引发振动;
  2. 速度环工作异常,是引发系统振动的常见因素之一;
  3. 伺服系统可调定位器参数设置过大,造成电压输出失真,触发振动;
  4. 传动机械装置(如滚珠丝杠)间隙过大,导致传动不稳定,产生振动。
上述控制环输出参数失真,或机械传动装置间隙超标,均是引发数控机床振动的主要诱因,这类问题均可通过伺服控制系统的参数优化进行解决。

二、数控机床系统振动的消除方法

  1. 全闭环伺服系统振动的处理:部分数控伺服系统采用半闭环控制装置,而全闭环伺服系统的参数调整,必须建立在其局部半闭环系统无振动的前提下进行,两者的参数优化逻辑大致相同,本文仅介绍全闭环控制情况下的参数优化方法。
  2. 降低位置环增益:伺服系统的位置环增益有标准参考值,例如FANUC 0-C系列参考值为3000,西门子3系统参考值为1666。当系统出现振动时,可适当降低位置环增益,但不可过度降低,需保证系统的稳态误差控制在合理范围之内。
  3. 降低负载惯量比:负载惯量比通常调整至振动发生时所示参数的70%左右,若调整后仍无法消除振动故障,不宜继续降低该参数值,需排查其他诱因。

  4. 启用高频抑制功能:以上方法主要针对低频振动的参数优化,而数控机床有时会因机械结构等因素,导致反馈信号中含有高频谐波,使输出转矩不稳定,进而产生高频振动。针对这类高频振动,可在速度环中增设一阶低通滤波环节(即转矩滤波器),抑制高频谐波,消除振动。


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