摘 要：從定位精度的觀點對電火花加工伺服系統進行分析研究。通過分析系統伺服驅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 關鍵詞：數控控制系統定位精度 l 引言 隨著航空航天工業、電子工業以及汽車機械工業的迅速發展，各種結構復雜、材料新穎的精密零件大量出現，對加工工藝和技術提出了更高的要求。近年來，國內外都在致力于開發高檔的數控電火花加工機床，實現多軸聯動，用以加工復雜、高精度的工件。微型計算機在現代工業控制中的普及應用，使以PC機軟硬件環境為基礎，充分利用計算機系統資源，開發加工控制系統和應用軟件成為必然。由于在加工過程實現了計算機控制，且利用計算機技術對控制系統實施優化，建立了綜臺參數自適應控制裝置和數據庫等，大大提高了生產率和加工精度。因此，實現電火花加工的CNC數控化已是必然的趨勢。 進給伺服系統作為CNC控制命令的執行裝置，其性能直接反應了機床的運動坐標軸跟蹤指令與實現定位的性能。可以說，機床的加工特性、生產率、加工精度等，主要決定于機床的進給伺服系統。CNC數控伺服系統如圖1。因此，我們在研制和開發數控電火花成形機過程中，分析了進給伺服系統的特性及由此產生的定位誤差，提出了減少定位誤差和提高伺服系統性能的措施，以實現工件的高精度加工。 2 進給伺服系統及特性 數控機床的進給伺服系統是一種精密的位置跟蹤與定位系統，可以實現位置和速度控制。數控機床的一個坐標的伺服系統功能框圖見圖2，位置調節器接收從CNC裝置送來的指令（每個加工程序段經過插補器插補后．分配到各坐標軸的位置移動信息），經調節使其具有某種動態變化規律．作為速度控制單元的指令。速度控制單元根據這一指令對其中的運動執行部件（電機）實現力矩和轉速的控制，以驅動機械傳動部件和工作臺，從而把速度變為位置量。 對于數控機床，伺服系統的時間常數是影響伺服系統性能的重要因素。當計算機以指令的速度值送給伺服系統時．運動軸的實際速度不可能同時達到指令速度，而是按指數曲線規律上升，直至達到指令速度。時間常數過大．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速的位置控制回路（圖3）采實現的，根據存儲的幾何尺寸與速度數據，由控制裝置給出指令值來調整進給單元。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，通過適當的指令值調節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行機構。 在研制和開發數控電火花成形機伺服系統的過程中，針對影響伺服系統性能的因素，提出了改善加工精度的幾點措施： （1）PID’控制器參數的優化 在連續控制系統中．PID控制器能夠提高系統的穩定性和精度：（a）適當地增大比例系數KP來加快系統的響應速度，在有靜差系統中有利于減小靜差；（b）增大積分時間常數有利于減小超調．減小振蕩，使系統更穩定；（c）微分控制可以改瞢系統的動態特性．如減小超調量，縮短調節時間，允許加大比例控制，使穩態誤差減小，提高控制精度。在伺服系統建立和調試的過程中，利用測試軟件測試各個運動軸的動態性能以及運動響應曲線；根據測試伺服系統的響應過程，調節各個運動軸的KP、KD和KI，提高系統的響應性能；各個運動軸具有同樣的伺服性能，使動態性能較低的進給驅動裝置，達到與動態性能較高的驅動裝置同樣的精度，提高工件加工的輪廓精度。 （2）實際跟隨誤差的確定 根據微分控制作用與偏差的變化速率之間的聯系，計算出系統參數可能產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的動態性能。通過獲取編碼器反饋信號，得出系統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存單元；據此調節電機的驅動電壓，使工作臺以盡可能大的加速度跟蹤指令速度，提高系統的跟蹤性能，保證整個伺服進給系統的動態特性良好。 （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律代替速度時間曲線為梯形的電機升降速運動控制規律。同時，對于動態性能較低的工作臺速度的控制，采用較大的啟動加速度（即較大的啟動轉矩），以提高動態性能，使各個運動軸具有同樣的伺服性能，減少動態輪廓偏差，以提高加工的精度在研制和開發數控電火花成形機過程中，我們結合了PID控制器參數的優化、實際跟隨誤差的確定、指令值的平滑修正這些手段。在伺服系統建立和調試的過程中，調節各個運動軸伺服系統的KP、KD和KI參數，提高動態性能、改善運動響應曲線；根據測得系統各個運動軸的實際跟隨誤差值．對比設定位置誤差極限，結合指令值的平滑修正提高伺服系統的位置響應精度。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 結論 伺服進給系統的動態特性是造成加工誤差的重要因素。在調節伺服系統性能的基礎上，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。