伺服驅(qū)動裝置是數(shù)控系統(tǒng)的重要組成部分，用于實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服控制和主軸伺服控制，其作用是把來自數(shù)控裝置的指令信息，經(jīng)功率放大整形處理后，轉(zhuǎn)換成機(jī)床執(zhí)行部件的直線位移或角位移運(yùn)動。由于伺服系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的最后環(huán)節(jié)，其性能將直接影響數(shù)控機(jī)床的精度和速度等技術(shù)指標(biāo)，因此要求伺服驅(qū)動裝置具有良好的快速反應(yīng)性能，準(zhǔn)確而靈敏地跟蹤數(shù)控裝置發(fā)出的數(shù)字指令信號，并能準(zhǔn)確地執(zhí)行來自數(shù)控裝置的指令，從而提高機(jī)床各運(yùn)動軸的動態(tài)跟隨特性和靜態(tài)跟蹤精度。

文中研發(fā)的交流伺服系統(tǒng)PC機(jī)調(diào)試軟件(Servo Self Test Tools)，主要對配華中8型數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床進(jìn)行在線運(yùn)行調(diào)試、診斷運(yùn)行的過程，其次可作為離線數(shù)據(jù)分析的工具。目前該項(xiàng)研發(fā)屬于科技項(xiàng)目：2016年智能制造新模式應(yīng)用項(xiàng)目“航天器結(jié)構(gòu)件智能制造新模式應(yīng)用”。

交流伺服調(diào)試軟件設(shè)計(jì)

伺服調(diào)試軟件應(yīng)用于數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，依據(jù)“自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)智能分析，信息集成網(wǎng)絡(luò)”理念進(jìn)行設(shè)計(jì)與研發(fā)。機(jī)床運(yùn)行時產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)，其中電流信號作為最主要的數(shù)據(jù)客觀反映了機(jī)床加工狀態(tài)和性能，伺服調(diào)試軟件作為伺服控制運(yùn)動軸的綜合調(diào)試軟件，主要采集電流信號、綜合指令信息及G代碼運(yùn)行軌跡，可監(jiān)控機(jī)床各運(yùn)動軸的坐標(biāo)實(shí)際位移值(見圖1)。伺服調(diào)試軟件可對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行智能化分析，通過調(diào)試軟件功能界面對話窗口給數(shù)控系統(tǒng)工程人員提供合理化參數(shù)值。與此同時伺服調(diào)試軟件采集的數(shù)據(jù)也可自動上傳到“云服務(wù)器”，所有的數(shù)據(jù)集中寄存在“云端數(shù)據(jù)中心”，研發(fā)工程師對采集數(shù)據(jù)可進(jìn)行實(shí)時分析，便于快速解決用戶現(xiàn)場問題。

 伺服調(diào)試軟件應(yīng)用場景

伺服調(diào)試軟件界面設(shè)計(jì)特點(diǎn)

(1)數(shù)據(jù)采樣：提供給用戶快捷的基本數(shù)據(jù)(位置、速度及電流)采樣和用戶自定義數(shù)據(jù)(任意數(shù)據(jù))采樣，調(diào)試軟件會將這些數(shù)據(jù)以時域波形或者指令域波形方式展現(xiàn)給用戶。

(2)測定功能顯示：包括圓度測試、剛性攻絲測試和輪廓測試(見圖2)。圓度測試模式下，能夠輸出任意兩軸的圓誤差波形以及相應(yīng)的量化指標(biāo);剛性攻絲測試模式下，能夠輸出剛性攻絲同步誤差的時域波形圖及相應(yīng)量化指標(biāo);輪廓測試模式下，能夠輸出二維平面內(nèi)任意兩軸的輪廓圖形。

(3)圖形操作：用戶能夠?qū)Σㄐ吻€進(jìn)行縮放、局部框選放大和回放操作，以便對采樣特征點(diǎn)進(jìn)行全局和局部分析。

(4)數(shù)據(jù)分析：調(diào)試軟件會繪制相應(yīng)的波形曲線，并根據(jù)波形數(shù)據(jù)智能分析出一系列量化指標(biāo)，如在基本采樣下會輸出跟蹤誤差、速度波動、加速度和快移加減捷度的最大、最小值等指標(biāo);在圓度測試下會輸出伺服不匹配度、軸加減速時間等指標(biāo);在剛性攻絲下會輸出Z軸跟C軸的同步誤差最大、最小值。用戶可以通過波形曲線和指標(biāo)數(shù)據(jù)修改數(shù)控系統(tǒng)以及伺服驅(qū)動的參數(shù)。多次進(jìn)行采樣調(diào)整，不斷優(yōu)化機(jī)床各運(yùn)動軸的參數(shù)，以使機(jī)床達(dá)到更好的運(yùn)行狀態(tài)，加工出更優(yōu)質(zhì)的零件模型。

(5)參數(shù)調(diào)整：支持在線讀取數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)，并能夠進(jìn)行參數(shù)數(shù)據(jù)調(diào)整。

(6)文件導(dǎo)入和導(dǎo)出：用戶能夠?qū)⒉蓸訑?shù)據(jù)進(jìn)行保存，并在離線模式下導(dǎo)入采樣數(shù)據(jù)文件，用于觀察波形，對波形進(jìn)行任意放大縮小操作，以此來進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

(7)圖形對比：支持兩個示波器文件的圖形數(shù)據(jù)對比，也支持在線采集的數(shù)據(jù)波形文件跟離線保存的數(shù)據(jù)波形文件對比。

伺服調(diào)試軟件功能

伺服調(diào)試軟件可采集伺服驅(qū)動裝置多方面信息：速度環(huán)、位置環(huán)、圓度調(diào)試、剛性攻絲、陷波器、龍門同步、主軸升降速、變頻器剛性攻絲、換刀時間、自定義圖形采樣、全閉環(huán)診斷、診斷記錄以及調(diào)機(jī)報(bào)表等功能的數(shù)據(jù)信息。

伺服控制系統(tǒng)的“三環(huán)”控制從內(nèi)到外依次是電流控制、速度控制和位置控制。因而伺服調(diào)試軟件最先采集的是電流環(huán)、速度環(huán)及位置環(huán)的數(shù)據(jù)信息。工程人員依據(jù)數(shù)據(jù)信息，調(diào)試數(shù)控系統(tǒng)及驅(qū)動器參數(shù)，即：合理的提高伺服增益，保證伺服系統(tǒng)不出現(xiàn)振蕩，使伺服系統(tǒng)與數(shù)控裝置在高響應(yīng)、高剛性下相互和諧工作;其次伺服調(diào)試軟件采集伺服控制運(yùn)行軸的加減速時間常數(shù)，工程人員依據(jù)數(shù)據(jù)調(diào)試數(shù)控系統(tǒng)及驅(qū)動器參數(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)床加工零件時的高速、高精。

交流伺服調(diào)試軟件應(yīng)用

伺服調(diào)試軟件目前已經(jīng)應(yīng)用于用戶現(xiàn)場加工機(jī)床的調(diào)試，自動生產(chǎn)線中的調(diào)試，智能制造車間(見圖3)，同時伺服調(diào)試軟件在長時間連續(xù)運(yùn)行的可靠性實(shí)驗(yàn)環(huán)境中也得了應(yīng)用。伺服調(diào)試軟件用于用戶現(xiàn)場調(diào)試時，主要滿足用戶零件切削高速、高精的需求，同時可以收集用戶加工時出現(xiàn)的問題，利用智能傳感技術(shù)，云計(jì)算技術(shù)采集信息通過網(wǎng)絡(luò)直接上傳到“云數(shù)據(jù)平臺”，作為大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)信息。當(dāng)其他用戶出現(xiàn)類似問題時，客服可依據(jù)大數(shù)據(jù)平臺信息，第一時間合理、快速的解決用戶問題。伺服調(diào)試軟件在可靠性試驗(yàn)中，采集伺服控制的電動機(jī)實(shí)際運(yùn)行位置，也可以采集伺服驅(qū)動的電流信號，測試工程師定期查看可靠性試驗(yàn)中的機(jī)床或電柜數(shù)據(jù)信息，便于監(jiān)測數(shù)控系統(tǒng)整機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。

伺服調(diào)試軟件在某機(jī)器人自動化生產(chǎn)線應(yīng)用

自動化測試系統(tǒng)未來將在智能制造示范工廠中應(yīng)用，伺服調(diào)試軟件將通過移動端APP或網(wǎng)絡(luò)主頁監(jiān)測G代碼模塊在實(shí)際生產(chǎn)加工中驗(yàn)證正確性及功能模塊被連續(xù)使用時的穩(wěn)定性，也可監(jiān)測到每臺數(shù)控機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)，保證智能工廠零件加工的安全性與可靠性。

伺服調(diào)試軟件連接方便，采集數(shù)據(jù)信息豐富，能夠滿足伺服系統(tǒng)各項(xiàng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控，如實(shí)際位置、速度和電流信號的顯示，并提供方便、快捷的調(diào)試手段，即通過軟件界面實(shí)時提供數(shù)據(jù)信息變化，工程人員依靠伺服調(diào)試軟件可快速解決用戶現(xiàn)場出現(xiàn)的問題，同時可確保數(shù)控機(jī)床在實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中零件加工性能穩(wěn)定、機(jī)床運(yùn)行安全可靠。伺服調(diào)試軟件的采集數(shù)據(jù)會直接上傳“云服務(wù)中的大數(shù)據(jù)中心”，通過單機(jī)歷史數(shù)據(jù)縱向比較和機(jī)床集群數(shù)據(jù)的橫向比較，掌控機(jī)床健康狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)機(jī)床健康保障。伺服調(diào)試軟件可廣泛的應(yīng)用在智能制造多個行業(yè)領(lǐng)域。