| 工業基礎專欄 | 工具機智能化伺服優化技術

前言
工具機的伺服調整，包含運動軌跡命令的加速度大小、加減速時間、加加速度限制，以及速度迴路增益、前饋補償與過衝補償等參數，以上眾多且複雜的調整程序，主要是為了對應機台操作者多樣化的加工需求(如工件精度、表面光滑度、加工速度等設定)，同時還必須考量如機械結構剛性、共振頻率、模態振型、阻尼比與馬達特性等動態響應，以及進給系統所引起的摩擦力與背隙等非線性影響。循圓補償一般是伺服調整流程的最後一步，通常是以DBB(雙軸球桿儀)或其他圓軌跡量測儀器作輔具，可以得知伺服軸最末端的移動誤差，同時量測機器的幾何問題與伺服動態，問題可區分如下：循圓半徑愈大、量測速度愈慢，量測數據顯示的是機器幾何問題；循圓半徑愈小、量測速度愈快，可從量測數據判斷伺服動態問題。循圓常見的伺服誤差包含象限轉換的段差與尖角，段差是由背隙產生，段差外凸代表背隙是正值，但背隙補償過多可能造成段差往內凹，另一種尖角誤差：外凸代表背隙補償速度太慢，當軸反向時，補償的背隙值加入位置跟隨誤差，位置與速度迴路的控制參數都可能影響背隙補償速度，伺服反應愈快的軸向愈快走完背隙量，象限的尖角愈小。
調機技術是一門必備且重要的專業知識，除了要對控制參數的類別、作用有深入的了解，還要能兼顧機械結構的動態特性，目前世界上的工具機和控制器大廠，皆有發展自己的自動調機技術，期望目標就是要能整合運動控制、伺服調整與加工參數等影響，並將三者最佳化，以科學化的流程建立參數調整的標準步驟，取代原本依靠人為經驗或試誤的方法作調變。工研院智慧機械科技中心提出一可彈性依操作者切削設定，建構調整參數類別與特性的方法，以此方法搭配軟體的自動調整程序，可以快速將軸向動態誤差、幾何精度收斂至目標值，大幅提升機台的動態性能與工件切削品質。
智能化伺服優化技術簡介
伺服優化一開始進行速度與位置迴路的參數調整，之後進行時域命令的加減速相關參數優化，目前工具機市場上主流的控制器如日系的發那科(Fanuc)、三菱(Mitsubishi)與歐系的西門子(Siemens)、海德漢(Heidenhain)都有針對此類參數作特殊設定，目的是達到機台高速高精、高效率與加工表面優化的效果。工研院智機中心開發的自動加速度參數優化模組，可針對加工要求如速度、精度及表面光滑度，自動調整加減速參數，可適用於工件重量改變、機械老化、機械製造公差等狀況。工研院智機中心的自動加減速調機介面，調整特點如下：
  1.可調整速度前饋係數、扭力補償參數。
  2.可避免軸向移動之過衝問題。
  3.伺服位置誤差分三類，摩擦、背隙、加速度產生的位置誤差，調機軟體僅處理加速度產生的位置誤差。
  4. 增加急衝限制，增加主軸刀尖點振動限制，增加伺服位置誤差振動限制。