调整主轴伺服系统的控制参数是优化其动态响应（如定位速度、转速稳定性）、消除异常（如抖动、过冲）、匹配机械负载特性的核心手段。主轴伺服参数以 “三环控制”（电流环→速度环→位置环，从内到外）为核心，需遵循 “先内环后外环、先增益后积分、循序渐进” 的原则，避免盲目调整导致系统不稳定（如振荡、过载）。以下从参数调整的 “前提准备、核心参数解析、分步调整流程、常见场景优化、注意事项” 五个维度，提供可落地的操作指南。

一、参数调整前的前提准备（避免调整失误）

在修改任何参数前，需完成基础检查与准备，确保调整环境合规，减少误判：

1. 确认机械系统无故障控制参数调整无法解决机械问题（如轴承磨损、传动间隙超标），需先通过前文方法排查：

• 机械传动：主轴手动转动顺畅无卡滞，轴承 / 联轴器 / 齿轮间隙符合标准（如轴承径向间隙≤0.005mm）；

• 负载状态：空载时无异常阻力，带载时负载扭矩≤主轴额定扭矩的 80%（避免负载过载导致参数调整失效）。

2. 备份原始参数进入主轴驱动器的 “参数设置界面”（通过驱动器面板、专用软件或 CNC 系统），将当前所有参数（尤其是三环控制参数、电机参数）备份至电脑或驱动器内存（部分驱动器支持 “参数备份” 功能，如发那科 A06B 驱动器的 “ALL DATA SAVE”），防止调整失误后无法恢复。

3. 准备测试工具与标准

• 工具：转速计（测实际转速）、振动检测仪（测运行振动）、百分表（测定位精度 / 过冲）、示波器（测反馈信号或电流波形，高阶需求）；

• 标准：明确调整目标（如定位无过冲、转速波动≤50rpm、振动速度≤1mm/s），参考设备手册的 “参数推荐值”（如西门子 S120 驱动器的 “默认参数表”）。

4. 设定安全测试模式

• 调整初期采用 “空载测试”（断开主轴负载，如卡盘、夹具），避免带载时参数不当导致机械冲击；

• 限制主轴****转速（如设为额定转速的 50%）和输出扭矩（设为额定扭矩的 60%），在驱动器 “安全参数” 中设置 “过载保护阈值”（如电流过载阈值 = 120% 额定电流），防止电机烧毁。

二、核心控制参数解析（三环参数与关键辅助参数）

主轴伺服的核心参数集中在 “三环控制”，不同品牌驱动器（如发那科、西门子、三菱、松下）的参数编号不同，但功能定义一致。以下为通用功能描述与典型参数编号（需结合具体驱动器手册对应）：

三、分步调整流程（从内环到外环，循序渐进）

主轴伺服参数调整需按 “电流环（确认默认）→速度环（核心优化）→位置环（匹配定位）→辅助参数（细化场景） ” 的顺序，每一步调整后需测试验证，再进入下一步。

步骤 1：确认电流环参数（内环基础，无需常规调整）

电流环是三环的 “扭矩执行层”，出厂时已根据电机型号（如功率、额定电流）校准，常规场景无需修改：

• 检查参数：读取 “电流环比例增益（Kp_i）” 和 “电流环积分时间（Ti_i）”，确认与驱动器手册中 “电机匹配参数表” 一致（如 11kW 主轴电机，Kp_i=20，Ti_i=10ms）；

• 异常处理：仅当出现 “电机扭矩不足（带载后转速骤降）” 或 “电流振荡（驱动器报‘过电流’但机械无卡滞）” 时，微调 Kp_i（每次 ±10%），Ti_i（每次 ±1ms），直至异常消失。

步骤 2：调整速度环参数（优化转速稳定性与动态响应）

速度环决定主轴 “转速跟踪精度”（如指令转速与实际转速偏差）和 “抗负载扰动能力”（如带载时转速波动），是最需频繁调整的环：

2.1 速度环比例增益（Kv）调整（核心）

• 目标：转速波动≤50rpm（空载）、≤100rpm（带载），无转速振荡（如转速忽高忽低）；

• 调整步骤：

1. 初始值：设为驱动器手册推荐值的 70%（如推荐值 200，初始设 140）；

2. 空载测试：启动主轴至额定转速的 50%（如额定 3000rpm，设 1500rpm），用转速计测实际转速，记录波动值；

3. 逐步提高 Kv：每次提高 10-20（如 140→160→180），每调整一次后重启主轴，测试转速波动；

4. 找到临界值：当 Kv 提高到某一值时，出现 “转速振荡”（如转速波动超 150rpm）或 “电机异响”，此时需回调 Kv 至 “振荡前一级”（如 180 振荡，回调至 160）；

5. 带载验证：加载至额定负载的 50%，测试转速波动，若波动超 100rpm，可再提高 Kv（每次 ±5），直至波动达标。

2.2 速度环积分时间（Ti_v）调整（配合 Kv）

• 目标：消除转速稳态误差（如指令 1500rpm，实际稳定后偏差≤10rpm），无转速超调（启动时转速不超过指令值的 105%）；

• 调整步骤：

1. 初始值：设为驱动器推荐值（如 Ti_v=20ms）；

2. 测试稳态误差：主轴稳定运行后，对比 “指令转速” 与 “实际转速”，若偏差＞10rpm（如指令 1500，实际 1480），缩短 Ti_v（每次减 2ms，如 20→18→16），直至偏差≤10rpm；

3. 测试启动超调：若启动时转速超调＞5%（如指令 1500，峰值 1580），延长 Ti_v（每次加 2ms，如 16→18），直至超调≤5%；

4. 平衡原则：Ti_v 过短易超调，过长易误差大，需在 “误差” 与 “超调” 间找到平衡点。

2.3 速度环前馈增益（Kff_v）调整（可选，优化动态响应）

• 适用场景：主轴需频繁启停或转速快速切换（如铣削时转速频繁变化），希望减少转速滞后；

• 调整步骤：

1. 初始值：设为 0（无前馈）；

2. 逐步提高：每次提高 10%（如 0→10%→20%），测试转速切换时的滞后时间（如从 1000rpm 升至 2000rpm，滞后时间从 0.5s 降至 0.3s）；

3. 上限：当 Kff_v＞50% 时，若出现转速超调，停止提高，回调至 “无超调的****值”（如 40%）。

步骤 3：调整位置环参数（优化定位精度与稳定性）

位置环决定主轴 “定位速度”“定位精度”（如分度定位偏差）和 “定位稳定性”（如无过冲、无抖动），需在速度环调整完成后进行：

3.1 位置环比例增益（Kp_p）调整（核心）

• 目标：定位无过冲（到位后无回调）、定位时间≤1s（空载，根据需求调整）、重复定位偏差≤0.002mm；

• 调整步骤：

• 若定位缓慢（＞2s）、无过冲：逐步提高 Kp_p（每次加 10，如 50→60→70），直至定位时间达标；

• 若定位过冲（如冲至 92° 后回调至 90°）、伴随抖动：降低 Kp_p（每次减 10），直至无过冲；

1. 初始值：设为推荐值的 50%（如推荐值 100，初始设 50）；

2. 空载定位测试：执行 “短距离定位”（如从 0°→90°），用百分表观察定位过程：

3. 带载验证：加载至额定负载的 50%，重复定位测试，若出现过冲，再降低 Kp_p（每次减 5），确保带载稳定。

3.2 位置环前馈增益（Kff_p）调整（优化定位精度）

• 适用场景：高精度定位（如半导体设备主轴定位偏差要求≤0.001mm），希望减少 “指令位置与实际位置的偏差”；

• 调整步骤：

1. 初始值：设为 30%；

2. 测试定位偏差：执行多次定位（如 0°→180°→0°），用百分表记录每次定位的偏差值；

3. 逐步提高 Kff_p：每次提高 10%（如 30%→40%→50%），若偏差减小且无过冲，继续提高；若出现过冲，回调至 “无过冲的****值”（如 45%）。

步骤 4：调整辅助参数（细化场景需求）

根据实际运行模式（如定位、恒转速、攻丝），调整辅助参数，优化特定场景性能：

1. 定位减速时间（T_decel）

• 若定位时急停冲击（抖动）：延长 T_decel（如从 0.5s→1s）；

• 若定位时间过长：缩短 T_decel（如从 1s→0.8s），确保无冲击即可。

2. 伺服锁定力矩（T_lock）

• 若定位后主轴位移（用手推有松动）：提高 T_lock（如从 50% 额定扭矩→70%）；

• 若锁定后电机发热（温度＞60℃）：降低 T_lock（如从 70%→60%），平衡 “锁定力” 与 “发热”。

四、常见场景的参数优化案例（针对性调整）

不同运行异常对应不同参数问题，以下为 3 类典型场景的优化方案，可直接参考：

五、参数调整的关键注意事项（避免风险）

1. 禁止 “一步到位” 调整任何参数（尤其是增益类）每次调整幅度≤20%，避免参数突变导致系统振荡（如 Kv 从 100 直接调至 300，可能引发电机飞车或过载报警）。

2. 空载调整优先，带载验证跟进所有参数先在空载下调整至 “基本稳定”，再带载测试（负载从 30%→50%→80% 逐步增加），防止带载时参数不当导致机械损坏（如主轴撞击夹具）。

3. 记录调整过程与效果建立 “参数调整记录表”，记录 “调整前参数值→调整后参数值→测试结果（转速波动、定位偏差、振动值）”，便于回溯（如调整后出现新问题，可恢复至前一次有效参数）。

4. 高阶参数不盲目修改除 “三环参数” 和 “辅助参数” 外，驱动器中的 “滤波参数”（如速度环低通滤波）、“惯量比参数”（如电机惯量与负载惯量匹配）等高阶参数，需在专业工程师指导下调整（如惯量比设置不当会导致响应滞后）。

5. 调整后固化参数所有参数调整完成并验证稳定（连续运行 100 次无异常）后，需将参数 “固化”（部分驱动器需执行 “参数写入” 指令，如西门子 S120 的 “p971=1”），防止断电后参数丢失。

总结：参数调整的核心逻辑

主轴伺服参数调整的本质是 “让电气控制特性匹配机械负载特性”—— 机械刚性高（如刚性联轴器、高精度轴承）时，可适当提高增益（Kv、Kp_p）以加快响应；机械刚性低（如皮带传动、间隙较大）时，需降低增益以避免振荡。日常维护中，建议每半年根据工况变化（如负载类型调整、机械磨损）微调一次参数，确保系统长期稳定运行。

王工（13137008229）