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數(shù)控機(jī)床伺服調(diào)整在機(jī)床調(diào)試中的重要性

文檔作者：楊國棟何紅欣文檔來源：漢川機(jī)床集團(tuán)有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年06月02日
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數(shù)控機(jī)床伺服調(diào)整在機(jī)床調(diào)試中的重要性
楊國棟何紅欣
(漢川機(jī)床集團(tuán)有限公司，陜西漢中723003)
摘要：以一臺(tái)XH716E配FANUC系統(tǒng)機(jī)床在模具加工中遇到的問題為例，闡述數(shù)控機(jī)床伺服調(diào)整的重要
性。
關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床伺服調(diào)整
The Importance of CNC Machine Tool Servo Adjustment in Machine Tool Debugging
YANG Guodong，HE Hongxin
(Hanchuan Machine Tool Group Co．，Ltd．，Hanzhong 723003，CHN)
1 問題的提出
XH716E加工中心采用的是FANUC 0i—MC系統(tǒng)
和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，三軸聯(lián)動(dòng)，可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜零件和模具
的加工。在對一臺(tái)XH 716E機(jī)床作試切實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)
加工的試件表面出現(xiàn)圖1的條紋，并且表面局部有麻
點(diǎn)。
圖1 調(diào)整]~XH7 1 6E機(jī)床試切效果圖
要解決以上問題，必須對機(jī)床的伺服系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)
致的調(diào)整。
2 FANUC伺服控制環(huán)路的分析
FANUC數(shù)控系統(tǒng)及驅(qū)動(dòng)控制主要包括電流環(huán)、速
度環(huán)和位置環(huán)三個(gè)環(huán)路。控制框圖見圖2。
電流實(shí)測值
指令 移動(dòng)指令 速度指令 電流控制
黥 簍 鋈勰}
l位置實(shí)測值 l速度實(shí)瀾值
黼
電動(dòng)機(jī)串行
脈沖編碼器
圖2 伺服驅(qū)動(dòng)控制框圖
2．1 電流環(huán)控制
電流環(huán)的調(diào)整主要是對電流濾波器的調(diào)整。通過
· 132 ·
圖2框圖可以看出，內(nèi)部電流環(huán)的調(diào)節(jié)會(huì)影響外部速
度環(huán)的性能，因此，電流環(huán)濾波器的調(diào)整通常在速度環(huán)
調(diào)整中來進(jìn)行。
2．2 速度環(huán)控制
速度環(huán)位于電流環(huán)和位置環(huán)的中間，其控制相對
復(fù)雜，控制框圖見圖3。
圖3 避度環(huán)控倒框圖
速度環(huán)設(shè)定的主要參數(shù)有速度環(huán)積分增益
(PK1V)P2043、速度環(huán)比例增益(PK2V)P2044、速度
環(huán)不完全積分增益(PK3V)P2045、負(fù)載慣量比P2021
以及電流濾波器1～4。
速度環(huán)積分增益是速度環(huán)的低頻增益，決定伺服
的響應(yīng)性能，穩(wěn)定的范圍越大，伺服特性就越好。而速
度環(huán)比例增益是高頻增益、高頻振蕩，就要下調(diào)
PK2V。低頻振動(dòng)，也可提高PK2V來加以改善。速度
環(huán)不完全積分增益對伺服的穩(wěn)定性沒有影響，只對單
脈沖進(jìn)給和過沖有影響。PK1V和PK2V的調(diào)整通過
調(diào)整負(fù)載慣量比P2021來完成。負(fù)載慣量比是速度環(huán)
里最重要的參數(shù)，它決定著速度環(huán)的增益大小，要仔細(xì)
調(diào)整。
電流濾波器1—4主要是對速度環(huán)控制器頻域響
應(yīng)中的波峰進(jìn)行調(diào)節(jié)，抑制振動(dòng)，使伺服平穩(wěn)運(yùn)行。特
zulu 等
別說明，濾波器的數(shù)量應(yīng)是越少越好。
2．3 位置環(huán)控制
位置控制環(huán)在整個(gè)控制系統(tǒng)中舉足輕重，也是三
個(gè)控制環(huán)中最為復(fù)雜的控制環(huán)。其內(nèi)容包括位置控
制、前饋控制、精細(xì)加減速功能、靜摩擦補(bǔ)償功能及反
向間隙加速功能等。其控制流程如圖4。
圖4 位置環(huán)控制框圖
位置控制的主要參數(shù)就是位置環(huán)增益P1825，需
要用專門伺服軟件仔細(xì)調(diào)整。調(diào)節(jié)位置環(huán)增益，可提
高機(jī)械系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間，更加精確地到達(dá)指令位置，提
高機(jī)床定位精度。機(jī)床插補(bǔ)軸設(shè)定值應(yīng)設(shè)一樣。
前饋控制是提高位置精度、減小位置誤差的重要
功能。因此在模具加工中選擇、調(diào)整前饋功能非常重
要。需要調(diào)整前饋設(shè)定的參數(shù)有P2092、P2068、
P2069、P1768。
精細(xì)加減速功能(FAD)是用軟件進(jìn)行加減速處
理，實(shí)現(xiàn)平滑加減速的功能。在進(jìn)行模具的高速、高精
度加工時(shí)，使用FAD功能，有助于提高模具加工面精
度，減小機(jī)床沖擊。因此，F(xiàn)AD參數(shù)1：'2109精細(xì)加減
速時(shí)間常數(shù)需要通過伺服軟件對機(jī)床的運(yùn)動(dòng)分析測量
后進(jìn)行設(shè)定。
靜摩擦補(bǔ)償功能是當(dāng)靜摩擦大時(shí)，在速度指令上
增加補(bǔ)償數(shù)據(jù)，可減小起動(dòng)時(shí)的延遲。
反向間隙加速是因在圓弧切削時(shí)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)
滯后，產(chǎn)生象限突起，為了改善象限突起，需要用此功
能。
3 解決的方案
從FANUC伺服控制環(huán)路分析可知：此臺(tái)XH716E
機(jī)床加工的零件表面粗糙度差，是由于速度環(huán)頻率響
應(yīng)和位置環(huán)的頻率響應(yīng)沒有進(jìn)行合理的調(diào)節(jié)引起，涉
及主要參數(shù)有P2021、P1825和電流環(huán)濾波器1—4等；
而表面有麻點(diǎn)狀況的產(chǎn)生主要是軸的過沖引起的，與
精細(xì)加減速，前饋控制有關(guān)，涉及的參數(shù)主要有
，一 LU lu l平冪0 朋
P2109，P1620、P1621、P1622、P2092、P2068
要完成這些參數(shù)的正確設(shè)定必須借助FANUC
SERVO GUIDE專用軟件來完成。
3．1 速度環(huán)驅(qū)動(dòng)響應(yīng)的測量和調(diào)整
(1)測量的內(nèi)容和目的
測量速度環(huán)控制系統(tǒng)頻率響應(yīng)，設(shè)定參數(shù)P2021
(負(fù)載慣量比)、P2069(速度前饋系數(shù))、P2107(切削時(shí)
速度環(huán)增益倍率值)、P2335(高速HRV時(shí)速度環(huán)增益
倍率值)，及電流環(huán)濾波器1～4參數(shù)。
(2)測量結(jié)果評定和參數(shù)調(diào)節(jié)方法
觀察電流環(huán)頻率響應(yīng)的幅頻曲線圖，盡量提高
P2021設(shè)定值，曲線在0～100 Hz時(shí)，應(yīng)平緩靠近在振
幅0 dB位置；100～200 Hz時(shí)，曲線波峰盡量平緩，靠
近0 dB位置，最大不超過1O dB；在200 Hz以上，通過
曲線圖，找出共振點(diǎn)，設(shè)置電流環(huán)濾波器1～4，消除共
振點(diǎn)，且共振點(diǎn)處曲線處于一10 dB以下，1 kHz附近的
曲線低于一20 dB以下，曲線頻率響應(yīng)帶寬盡可能接近
200 Hz。如圖5所示在滿足要求的情況下，濾波器數(shù)
量應(yīng)越少越好。
∞
趔
堡
20
1O
O
1O
2O
30
4O
。 ^．． ．
f
、、
、
＼
一
、
、
、
l
j 1
圖5 電動(dòng)機(jī)速度幅、相頻圖
3．2 位置環(huán)驅(qū)動(dòng)響應(yīng)的測量和調(diào)整
(1)測量的內(nèi)容和目的
測量位置環(huán)頻率響應(yīng)，設(shè)定參數(shù)P1825(伺服環(huán)增
益，應(yīng)盡量提高該值)、P2092(位置前饋系數(shù))、P1768
(先行控制插補(bǔ)后加減速時(shí)間常數(shù))、P2109(精細(xì)加
減速時(shí)問常數(shù))、P1620(快速移動(dòng)加減速時(shí)間常數(shù))、
P1621(鐘形加減速時(shí)間常數(shù))、P1622(插補(bǔ)后加減速
時(shí)間常數(shù))、P2048(反向間隙加速量)、P2071(反向間
隙加速有效時(shí)間)、P2082(反向間隙加速停止距離)。
(2)測量結(jié)果評定和參數(shù)調(diào)節(jié)方法
用機(jī)床軸的快速移動(dòng)、直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)，通過
觀察TCMD(轉(zhuǎn)矩命令)、SPEED(電動(dòng)機(jī)速度)波形，
· 133 ·
∞∞o ∞ ∞ ∞
一一 ． 一 0 0
p／ 罌
CNC Seminar
孳 要 插補(bǔ)的波形 應(yīng)優(yōu)于或接進(jìn)于璧 圖竽7 所示三的 圖形；圓弧插 4一實(shí) 際參數(shù)～ 調(diào)一整 和。 加一工 效果
補(bǔ)的圖形應(yīng)優(yōu)于或接近于圖8所示的圖形。 在調(diào)整過程中，涉及改變的參數(shù)如表1、表2、表
3。
圖6 快速移動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)矩一速度波形圖
i {
時(shí)間／ms
圖7 直線插補(bǔ)時(shí)轉(zhuǎn)矩-速度波形圖
· 134 ·
圖8 圓弧插補(bǔ)時(shí)形狀誤差圖
表1 速度環(huán)參數(shù)調(diào)整
調(diào)整前的值 調(diào)整后的值
參數(shù)
軸 y軸 z軸 軸 Y軸 Z軸
P2O21 512 512 5l2 599 425 402
172069 50 50 50 1o0 100 10o
P2107 100 100 1oo 150 150 150
P2235 100 1oo 100 20o 2oo 20o
P21l3 450 510 325 405 545 O
P2177 50 50 50 70 1()o O
P2359 3 5 5 5 10 O
表2 位置環(huán)參數(shù)調(diào)整
調(diào)整前的值 調(diào)整后的值
參數(shù)
軸 Y軸 Z軸 軸 y軸 Z軸
P1825 5 Ooo 5 0oo 5 oo0 6 oo0 6 O0o 6 0()0
P2109 50 50 50 16 16 16
P1620 2o0 200 2oo 120 120 120
P1621 150 150 150 100 10o lo0
P1622 24 24 24 16 16 16
P2092 9 000 9 0O0 9 Ooo 8 50o 8 50o 8 5oo
P2O68 O O O 70 70 70
P1768 50 50 50 16 16 16
P2048 0 0 O 3oo 3oo 30o
P2071 2oo 2o0 200 75 75 75
P2082 10H0 100 loo 40 40 40
表3 電流環(huán)參數(shù)調(diào)整
調(diào)整前的值 調(diào)整后的值
參數(shù)
軸 Y軸 z軸 軸 Y軸 Z軸
P2334 10o 1oo 100 150 150 150
P2013 0 0 0 O l 1 l
P2O13舵 O 0 0 1 1 1
P22O3拌2 0 0 O 1 l l
為了測試驅(qū)動(dòng)調(diào)整的效果，分別對機(jī)床參數(shù)調(diào)整
前后進(jìn)行了同一工件的試加工。加工工件為在一矩形
(梯形)表面上加工一個(gè)弧形凹面和一個(gè)弧形凸面，材
料為銅66X43，45。角往返進(jìn)刀。R3 mm球形刀，進(jìn)給
F2500，主軸轉(zhuǎn)速$3800，加工時(shí)間約15 min。加工前
后效果如圖1和圖9所示。
4 3 2 l l 2 3 4
一口 g／J一＼趙趟一 ＼ 難 辱睪
cNc semInar數(shù)控專欄
用FAN UC用戶宏程序開發(fā)對刀自動(dòng)輸入刀長功能
江葉青 朱 蕓 朱明瑞
(中國電科集團(tuán)第三十八研究所精密加工分廠，安徽合肥230031)
摘要：用FANUC用戶宏程序功能開發(fā)加工中心自動(dòng)輸入刀長功能。
關(guān)鍵詞：FANUC 宏程序加工中心刀長自動(dòng)輸入檢測刀長
Developing Tool Presetting Automatic Input Tool Length Function
Using FANUC Custom Macro Program
JIANG Yeqing，ZHU Yun，ZHU Mingrui
(N0．38 Research Institute of CETC，Hefei 23003 1，CHN)
電腦編程普及軟件功能越來越強(qiáng)大，手工編程就
相對冷落，有人說手動(dòng)編程除了比賽誰還用，而真正比
較起來手動(dòng)編程還是有很大的優(yōu)勢。①結(jié)構(gòu)簡單、程
序量少、占用內(nèi)存小、容易讀懂。②擴(kuò)展性好，一個(gè)程
序可以加工不同型號的零件只需要修改參數(shù)。③可以
編寫應(yīng)用程序、擴(kuò)展機(jī)床功能從而方便操作加工。
加工中心在生產(chǎn)加工過程中對刀是個(gè)重要的環(huán)
節(jié)，直接決定能否加工出合格的零件。而很多機(jī)床都
沒有配備先進(jìn)的對刀儀器，即使配備了也因各種原因
不能使用，全靠操作者手動(dòng)操作、修改，輸入的數(shù)據(jù)不
易檢查正確與否，需重新操作一遍，浪費(fèi)很多占機(jī)準(zhǔn)備
時(shí)間，無形中增加了成本。筆者經(jīng)摸索開發(fā)編寫了對
刀自動(dòng)輸入刀長和對刀后檢測刀長應(yīng)用程序，現(xiàn)介紹
如下。
1 程序設(shè)計(jì)
為減輕操作者工作壓力而設(shè)計(jì)此程序，對刀長時(shí)
只需刀尖到對刀表面后執(zhí)行程序，即可將刀長自動(dòng)輸
入到刀對應(yīng)的刀長補(bǔ)正號內(nèi)免去手動(dòng)輸入，從而避免
人為因素輸入錯(cuò)誤。檢測刀長功能在手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入的
方式下，直接在MDI狀態(tài)下執(zhí)行指令，即可檢測刀長
數(shù)據(jù)是否有誤并發(fā)出相應(yīng)報(bào)警。
設(shè)計(jì)格式：刀長自動(dòng)輸入M60 Z0 s3 (H1)
(F1)
參數(shù)說明：
M60：宏程序M調(diào)用(在不占用其他M代碼的情
況下MA可設(shè)任意兩位數(shù)，MC可以為任意三位數(shù))。
Z0：工件坐標(biāo)系刀尖點(diǎn)坐標(biāo)，如刀尖位置應(yīng)為工
件坐標(biāo)系z—l0則為z一10。
H1：要存人的刀長補(bǔ)正號，如果省略則默認(rèn)主軸
上的刀號。
s3：s1～s6分別對應(yīng)G54～G56(如沒有指定參數(shù)
則為G56，本單位Master CAM后處理直接生成G56，
所以這里給他默認(rèn)為S3坐標(biāo)系)。
從試加工的結(jié)果可以看出，調(diào)整后的加工效果有了明
顯的改善，大大減少和消除了工件表面的過切和麻點(diǎn)
狀況，表面粗糙度值有很大減小。
圖9 調(diào)整后XH7 1 6E機(jī)床試切效果圖
5 結(jié)語
運(yùn)用FANUC SERVO GUIDE軟件對伺服系統(tǒng)的
調(diào)整能大大提高機(jī)床的加工性能，具有很強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)
用價(jià)值。但是值得說明的是由于加工對象的不同，對
機(jī)床的性能要求也不盡相同。即使是同一臺(tái)機(jī)床，由
于高速度和高精度只是相對而言，并且相互矛盾，在不
同的時(shí)段，參數(shù)的調(diào)整也會(huì)有所不同。因此，在調(diào)整時(shí)
應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況尋找此參數(shù)的最佳平衡點(diǎn)。
(編輯孫德茂) (收稿13期：2009—12—21)
文章編號：10542
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