数控转台可以加装到数控机床上作为X、Y、Z平动坐标轴以外的第四轴或第五轴,它不仅可以实现回转进给,还提供精确的数控分度,并且可以联动直线坐标进给以完成复杂的曲面(例如螺旋曲面)加工,对于提高加工中心加工的效率和加工的精度有着非同寻常的作用。但随着先进制造业的快速进步,机械工业对机床性能提出了更高的要求,现有的回转工作台的动态性能已经不能完全满足市场的需要。本文以FANUC 0i Mate MD数控系统的第四轴驱动控制系统为研究对象,针对FANUC 0i Mate MD数控系统第四轴伺服控制的机电特性问题,主要做了以下研究:(1)在概述数控回转工作台进给伺服系统动态性能研究现状的基础上,分析研究了FANUC 0i Mate MD数控系统第四轴驱动控制系统的组成及其需要达到的性能指标要求,对第四轴进给伺服控制的实验平台VMC850数控加工中心以及第四轴进给伺服控制的机械驱动装置数控回转工作台进行了阐述。(2)首先,基于机械动力学原理,建立数控转台机械传动系统的动力学方程,在此基础上利用模态分析的方法,得到了转台机械传动系统的固有频率与振型,进一步对转台传动系统的模态灵敏度进行了分析。通过以上分析得出转台传动系统中对固有频率影响最大的因素,并给出了改善固有频率的方法。其次,通过研究将转台机械传动系统简化为二阶系统,分析了阻尼系数对转台的时域响应和频域特性的影响,基于此给出了提高转台机械传动系统特性的方法。(3)利用MATLAB软件建立了数控转台闭环伺服系统的完整模型,并对伺服系统电流、速度和位置控制回路的PID控制器进行设计整定计算,借助MATLAB/Simulink对系统的各控制环节的时域和频域特性进行分析,得出位置、速度和电流各控制环节的设计参数,达到了数控转台伺服系统在工程上需要的控制水平。(4)基于数控转台伺服系统模型,以MATLAB/Simulink为工具,运用粒子群算法对系统的PID参数进行了优化设计。使用GISE作为优化准则在Simulink平台上建立系统优化模型,结合粒子群优化算法程序,通过选择不同的初始值和ρ值进行系统参数优化仿真,并将得到的优化结果代入系统进行了分析验证,由此得出,参数ρ取0.003时GISE目标函数对于PID参数优化的结果更为理想,优化后的参数一定程度上提高了系统的动态性能。本文通过应用一系列仿真分析方法,研究了FANUC 0i Mate MD数控系统第四轴伺服控制的机电特性的影响因素和参数优化问题,为工程应用研究中实现数控机床的第四轴进给控制提供了理论指导。