摘 要：從定位精度的觀點對電火花加工伺服系統(tǒng)進行分析研究。通過分析系統(tǒng)伺服驅(qū)動的工作特性及定位誤差，提出了利用軟件來測試和改善系統(tǒng)伺服性能，并以修正速度指令的方法來提高定位精度。 Abstract EDM servo system are analysed an d studred from the view of location accuracy in this paper．By analysiv～g prope rtie．～of servo system and location eTror～，presents the view of using software to determine and improve the properties of servo system，im proves location～iCCLlracy by the way of correcting speed instructions 關(guān)鍵詞：數(shù)控控制系統(tǒng)定位精度 l 引言 隨著航空航天工業(yè)、電子工業(yè)以及汽車機械工業(yè)的迅速發(fā)展，各種結(jié)構(gòu)復雜、材料新穎的精密零件大量出現(xiàn)，對加工工藝和技術(shù)提出了更高的要求。近年來，國內(nèi)外都在致力于開發(fā)高檔的數(shù)控電火花加工機床，實現(xiàn)多軸聯(lián)動，用以加工復雜、高精度的工件。微型計算機在現(xiàn)代工業(yè)控制中的普及應用，使以PC機軟硬件環(huán)境為基礎(chǔ)，充分利用計算機系統(tǒng)資源，開發(fā)加工控制系統(tǒng)和應用軟件成為必然。由于在加工過程實現(xiàn)了計算機控制，且利用計算機技術(shù)對控制系統(tǒng)實施優(yōu)化，建立了綜臺參數(shù)自適應控制裝置和數(shù)據(jù)庫等，大大提高了生產(chǎn)率和加工精度。因此，實現(xiàn)電火花加工的CNC數(shù)控化已是必然的趨勢。 進給伺服系統(tǒng)作為CNC控制命令的執(zhí)行裝置，其性能直接反應了機床的運動坐標軸跟蹤指令與實現(xiàn)定位的性能?？梢哉f，機床的加工特性、生產(chǎn)率、加工精度等，主要決定于機床的進給伺服系統(tǒng)。CNC數(shù)控伺服系統(tǒng)如圖1。因此，我們在研制和開發(fā)數(shù)控電火花成形機過程中，分析了進給伺服系統(tǒng)的特性及由此產(chǎn)生的定位誤差，提出了減少定位誤差和提高伺服系統(tǒng)性能的措施，以實現(xiàn)工件的高精度加工。 2 進給伺服系統(tǒng)及特性 數(shù)控機床的進給伺服系統(tǒng)是一種精密的位置跟蹤與定位系統(tǒng)，可以實現(xiàn)位置和速度控制。數(shù)控機床的一個坐標的伺服系統(tǒng)功能框圖見圖2，位置調(diào)節(jié)器接收從CNC裝置送來的指令（每個加工程序段經(jīng)過插補器插補后．分配到各坐標軸的位置移動信息），經(jīng)調(diào)節(jié)使其具有某種動態(tài)變化規(guī)律．作為速度控制單元的指令。速度控制單元根據(jù)這一指令對其中的運動執(zhí)行部件（電機）實現(xiàn)力矩和轉(zhuǎn)速的控制，以驅(qū)動機械傳動部件和工作臺，從而把速度變?yōu)槲恢昧俊? 對于數(shù)控機床，伺服系統(tǒng)的時間常數(shù)是影響伺服系統(tǒng)性能的重要因素。當計算機以指令的速度值送給伺服系統(tǒng)時．運動軸的實際速度不可能同時達到指令速度，而是按指數(shù)曲線規(guī)律上升，直至達到指令速度。時間常數(shù)過大．會使過渡的過程較為緩慢。 當運動軸的實際速度趨近于指令速度時，指令速度線以下的面積表現(xiàn)指令的位移值，而運動軸的實際速度曲線下的面積表示運動軸所經(jīng)過的實際位移值，兩個面積的差值代表了運動軸的實際移動相對于指令位移值的跟隨誤差D。 位置跟隨誤差D 的數(shù)值表示實際位置值滯后于指令的程度。提高回路增益 值的大小，可有效地提高系 的控制精度和定位精度，減小跟隨誤差值。對于多坐標聯(lián)動的機床，則必須保證各坐標的值相等；否則，回路增益參與輪廓造型，將會造成加工形狀的改變。對于直線運動，存在著實際輪廓對指令輪廓的平行偏移；而對于指令輪廓為圓形或拋物線的運動情況來說，則會產(chǎn)生實際輪廓變形。 3 提高加工精度的措施 在加工零件時，為了獲得所要求的形狀，在刀具與工件之間需要有相對運動．這是通過伺服電機控制轉(zhuǎn)速的位置控制回路（圖3）采實現(xiàn)的，根據(jù)存儲的幾何尺寸與速度數(shù)據(jù)，由控制裝置給出指令值來調(diào)整進給單元。位置控制回路輸人信號的位置指令值與測 量器檢測的實際位置進行比較，通過適當?shù)闹噶钪嫡{(diào)節(jié)器來使位置指令值隨時間的變化而變化。用位置控制的誤差來控制進給裝置的執(zhí)行機構(gòu)。 在研制和開發(fā)數(shù)控電火花成形機伺服系統(tǒng)的過程中，針對影響伺服系統(tǒng)性能的因素，提出了改善加工精度的幾點措施： （1）PID’控制器參數(shù)的優(yōu)化 在連續(xù)控制系統(tǒng)中．PID控制器能夠提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精度：（a）適當?shù)卦龃蟊壤禂?shù)KP來加快系統(tǒng)的響應速度，在有靜差系統(tǒng)中有利于減小靜差；（b）增大積分時間常數(shù)有利于減小超調(diào)．減小振蕩，使系統(tǒng)更穩(wěn)定；（c）微分控制可以改瞢系統(tǒng)的動態(tài)特性．如減小超調(diào)量，縮短調(diào)節(jié)時間，允許加大比例控制，使穩(wěn)態(tài)誤差減小，提高控制精度。在伺服系統(tǒng)建立和調(diào)試的過程中，利用測試軟件測試各個運動軸的動態(tài)性能以及運動響應曲線；根據(jù)測試伺服系統(tǒng)的響應過程，調(diào)節(jié)各個運動軸的KP、KD和KI，提高系統(tǒng)的響應性能；各個運動軸具有同樣的伺服性能，使動態(tài)性能較低的進給驅(qū)動裝置，達到與動態(tài)性能較高的驅(qū)動裝置同樣的精度，提高工件加工的輪廓精度。 （2）實際跟隨誤差的確定 根據(jù)微分控制作用與偏差的變化速率之間的聯(lián)系，計算出系統(tǒng)參數(shù)可能產(chǎn)生的預期誤差并進行修正，利用超前校正作用，較好地改善了伺服系統(tǒng)的動態(tài)性能。通過獲取編碼器反饋信號，得出系統(tǒng)各個運動軸的實際跟隨誤差值，算出各個運動軸回路增益并將其值寫人某固定內(nèi)存單元；據(jù)此調(diào)節(jié)電機的驅(qū)動電壓，使工作臺以盡可能大的加速度跟蹤指令速度，提高系統(tǒng)的跟蹤性能，保證整個伺服進給系統(tǒng)的動態(tài)特性良好。 （3）指令值的平滑修正 通過實時測得的伺服誤差，以軟件方式實現(xiàn)誤差的補償，即以加速度控制位置指令造型代替速度控制位置指令造型，根據(jù)誤差的正負和大小及所需達到的精度，確定加速、減速的大小。例如，以速度時間曲線為S型的電機升降速運動控制規(guī)律代替速度時間曲線為梯形的電機升降速運動控制規(guī)律。同時，對于動態(tài)性能較低的工作臺速度的控制，采用較大的啟動加速度（即較大的啟動轉(zhuǎn)矩），以提高動態(tài)性能，使各個運動軸具有同樣的伺服性能，減少動態(tài)輪廓偏差，以提高加工的精度在研制和開發(fā)數(shù)控電火花成形機過程中，我們結(jié)合了PID控制器參數(shù)的優(yōu)化、實際跟隨誤差的確定、指令值的平滑修正這些手段。在伺服系統(tǒng)建立和調(diào)試的過程中，調(diào)節(jié)各個運動軸伺服系統(tǒng)的KP、KD和KI參數(shù)，提高動態(tài)性能、改善運動響應曲線；根據(jù)測得系統(tǒng)各個運動軸的實際跟隨誤差值．對比設定位置誤差極限，結(jié)合指令值的平滑修正提高伺服系統(tǒng)的位置響應精度。通過采用上述的控制策略及補償方法．使伺服的精度得到顯著提高，加工過程中存在的實時位置誤差減少到微米級，達到電火花加工的精度要求。 4 結(jié)論 伺服進給系統(tǒng)的動態(tài)特性是造成加工誤差的重要因素。在調(diào)節(jié)伺服系統(tǒng)性能的基礎(chǔ)上，合理對指令速度進行控制，使速度曲線的過渡過程比較光滑．可以有效地提高加工精度。