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：

位置环工作异常，导致输出电压不稳定，进而引发振动；
速度环工作异常，是引发系统振动的常见因素之一；
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；
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

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。
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。
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。
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。