搜索
铣床、加工中心高速、高精加工的参数调整(北京发那科机电有限公司王玉琪)使用铣床或加工中心机床加工高精度零件（如模具）时，应根据实际机床的机械性能对CNC系统（包括伺服）进行调整。在FANUC的AC电机的参数说明书中叙述了一般调整方法。本文是参数说明书中相关部分的翻译稿，最后的“补充说明”叙述了一些实际调试经验和注意事项，仅供大家参考。对于数控车床，可以参考此调整方法。但是车床CNC系统无G08和G05功能，故车床加工精度（如车螺纹等）不佳时，只能调整HRV参数和伺服参数。Cs控制时还可调整主轴的控制参数。目录使用αi电机…………………………………………………P2使用α电机……………………………………………………P22补充说明………………………………………………………P241使用αi电机3.4.1伺服HRV控制的调整步骤⑴概述i系列CNC（15i/16i/18i）的伺服因为使用了HRV2和HRV3控制（21i为选择功能），改善了电流回路的响应，因此可使速度回路和位置回路设定较高而稳定的增益值。图3.4.1(a)使用伺服HRV控制后的效果速度回路和位置回路的高增益，可以改善伺服系统的响应和刚性。因此可以减小机床的加工形状误差，提高定位速度。由于这一效果，使得伺服调整简化。HRV2控制可以改善整个系统的伺服性能。伺服用HRV2调整后，可以用HRV3改善高速电流控制，因此可进行高精度的机械加工。若伺服HRV控制与CNC的预读（Look-ahead）控制，AI轮廓控制，AI纳米轮廓控制和高精度轮廓控制相结合，会大大改善加工性能。关于这方面的详细叙述，请见3.4.3节“高速、高精加工的伺服参数调整”。２图3.4.1(b)伺服HRV控制的效果实例⑵适用的伺服软件系列号及版本号90B0/A（01）及其以后的版本（用于15i，16i，18i和21i，但必须使用320C5410伺服卡）。⑶调整步骤概况HRV2和HRV3控制的调整与设定大致用以下步骤：①设定电流回路的周期和电流回路的增益（图3.4.3(c)中的*1）电流回路的周期从以前的250μs降为125μs。电流响应的改善是伺服性能改善的基础。②速度回路增益的设定（图3.4.3(c)中的*2）进行速度回路增益的调整时，对于速度回路的高速部分，应该使用速度环比例项的高速处理功能。电流环控制周期时间的降低使电流响应得以改善，使用振荡抑制滤波器使可消除机械的谐振，这样可提高速度回路的振荡极限。③消振滤波器的调整（图3.4.3(c)中的*3）机床可在某个频率下产生谐振。此时，用消振滤波器消除某一频率下的振荡是非常有效的。④精细加/减速的设定（图3.4.3(c)中的*4）当伺服系统的响应较高时，可能会出现加工的形状误差取决于CNC指令的扰动周期的现象。这种现象可用精细加/减速功能消除。速度环使用尽可能高的回路增益可以改善整个伺服系统的性能。⑤前馈系数的调整（图3.4.3(c)中的*5）使用预读功能的前馈，可以消除伺服的时滞，从而可减小加工的形状误差。一般，前馈系数为97%—99%。⑥位置增益的调整（图3.4.3(c)中的*6）当提高了速度回路的响应时，可以设定较高的位置增益。较高的位置增益可减小加工误差。3⑦设定和调整HRV3控制（图3.4.3(c)中的*7）若要求进一步改善伺服性能，可使用HRV3，以此设定更高的速度回路增益。图3.4.1(c)伺服HRV控制的调整表3.4.1使用HRV2，3时的标准伺服参数（刚性高的加工中心机床）功能标准参数16i15i设定值切削/快移可切换⑴伺服HRV2控制（*1）No2020No1874设定电流周期为125μs的电机型号⑵速度环比例项高速处理功能No2017No2021No1959,#7No18751(使该功能生效)近似1500-2000(伺服调整画面速度增益:700%-900%)○⑶消振滤波器No2113No2177No1706No2620振荡的中心频率30(用于祛除200Hz或更高频率的谐振,设定较高的速度环增益)⑷精细加/减速增益功能No2007#6No2209#2No2109No1951#6No1749#2No17021(使精细加/减速生效)1(线性精细加/减速)16(精细加/减速时间常数)○⑸预读前馈No2005#1No2092No2069No1883#1No1985No19621(使前馈功能生效)9700-9900(前馈系数)近似100(速度环前馈系数)○○⑹位置增益No1825No18258000-10000(初始设定约5000)⑺伺服HRV3控制No2013#0No2202#1No2334No2335No1707#0No1742#1No2747No274811150100%-400%(只在高速HRV电流控制方式的切削进给时有效)表3.4.1中最后一拦中有标记○的设定项，其值在切削进给和快速移动时可设定不同值。（见3.4.2节“切削进给/快速移动的切换功能”）4（*1）当只使用电流周期250μs的电机时，设定应按以下修改：No2004（16i），No1809（15i）设00000011（250μs电流周期）No2040（16i），No1852（15i）设（标准值）×0.8No2041（16i），No1853（15i）设（标准值）×1.6⑷详细调整①电流环周期和电流环增益的设定根据上述表3.4.1中“⑴伺服HRV2控制”的设定内容，设定电流控制环的的参数。对于使用同一个DSP的两个轴要设相同的周期时间。该设定使得电流回路的处理周期为125μs，位置回路的周期为1ms。其结果使电流回路的响应性能提高了1.6倍。注1用一个DSP控制的两个轴设定相同的周期时间。2若电机停止时的声响比比工作时的大，按下述方法修改电流环的增益：--将No2040（16i）或No1852（15i）修改后的值乘以0.6。--将No2041（16i）或No1853（15i）修改后的值乘以0.6。--No2041（16i）或No1853（15i）=0。②速度回路增益的设定根据3.3.1节“增益调整步骤”的叙述调整速度环的增益。[速度环的增益调整参数]No2017（16i）的第7位或No1959（15i）的第7位：设1（使速度环的比例项高速处理功能生效）速度增益值（在伺服调整画面上的增益）调整：以初始值150%逐渐增加增益值，目标值约为1000%③消振滤波器的调整如图3.4.1(d)所示，消振滤波器是消除转矩指令中的特定频率分量的衰减滤波器。如果机械系统中有超过200Hz的强烈谐振，为了消除谐振，使用高的速度增益，消振滤波器是非常有用的。因此，使用伺服HRV2控制时，要在“②速度回路增益的设定”前调整消振滤波器。若谐振频率为200Hz或低于200Hz，不要使用消振滤波器。5谐振频率的测量使用伺服调整软件，具体请见“⑸用伺服调整软件测量谐振频率的方法”。图3.4.1(d)消振滤波器（调整步骤）●以低速（F1000—F10000）开动机床。●逐渐增加速度环的增益，直至进给时出现轻微振荡。此时若设定大的速度环增益，机床有频率为200Hz以下的低频振荡，消除了先前出现的高频振荡。如果高频振荡不出现，则不要使用消振滤波器。●设定了产生轻微振荡的速度环增益后，观察TCMD，测量频率。●在下述的参数中设定测量频率：[设定消振滤波器的参数]No2113（16i），No1706（15i）衰减中心频率{Hz}：设为机床的谐振频率。No2117（16i），No2620（15i）衰减频带：30（当中心频率为600Hz或以上时设40）。图3.4.1(e)消振滤波器的效果(转矩指令波形)④精细加/减速功能的设定使用伺服HRV2控制时，可以设定高的位置环增益和高的速度环增益。因此，当指定较大的加/减速度时，会产生与扰动周期相关的振荡。为了避免这种振荡，可以使用精细加/减速功能。但要确保精细加/减速的时间常数为8的倍数。[精细加/减速的参数设定]No2007#6（16i），No1951#6（15i）：1（使精细加/减速功能生效）6No2209#2（16i），No1749#2（15i）：1（线性精细加/减速）No2109（16i），No1702（15i）：16（精细加/减速的时间常数）（*1）对于切削进给和快速移动的精细加/减速可切换的参数，请见3.4.2节“切削进给/快速移动的切换功能”。⑤前馈系数调整前馈用于补偿伺服位置回路的时滞，而速度前馈用于补偿速度回路的时滞。当用加工R10/F4000或R100/F10000的圆弧检查加工半径误差时，在加工中调整前馈系数使实际加工轨迹与指令的轨迹尽量一致。调整时，设定速度前馈系数为100。详细调整请见3.4.3节“高速/高精加工的伺服参数调整步骤”。[前馈参数的设定]No2005#1（16i），No1883#1（15i）：1（使前馈功能生效）No2092（16i），No1985（15i）：9700—9900（预读前馈系数）No2069（16i），No1962（15i）：近似100（速度前馈系数）⑥位置增益调整指令的进给速度按下式计算：指令速度＝（位置增益）×（位置偏差）＋（前馈量）因此，若指令值和实际移动位置有偏差，增益大时会使误差的修正作用大，从而使得加工的形状误差小。当使用伺服HRV2时，由于速度环的响应得到改善，可以设定比以前高的位置增益。对于中型加工中心机床，增益值可设80—100[1/s]。（大型机床或闭环控制的机床，如果反向间隙较大时，其增益值应该设得小一些。）快速移动机床，以最大切削速度进行加工，在加/减速时观察TCMD波形，以确定位置增益的极限。当TCMD的波形上在10—30Hz期间出现急剧上升时，即为位置增益极限。然后，在极限值参数中设为其值的80%。位置增益确定后，应重新调整上面⑤中设定的位置前馈系数。7[位置增益参数的设定]No1825（16i，15i）：5000--10000⑦伺服HRV3的调整需要设定以下参数：[HRV3参数的设定]No2013#0（16i），No1707#0（15i）：1（使HRV3功能生效）No2202#1（16i），No1742#1（15i）：1（使速度环增益的切削进给/快速移动切换功能生效）No2334（16i），No2747（15i）：150（高速HRV电流控制的电流环增益倍率）下列参数用于调整使用高速HRV电流控制，在切削进给时的速度环增益。其值设定为出现振荡时的0.7。[伺服HRV3控制参数的设定]No2335（16i），No2748（15i）：100—400（高速HRV电流控制的速度环增益比率）⑸使用伺服调整软件测量机床谐振频率的方法使用下述方法测量机床的谐振。伺服软件应该用1998年8月的或其后的版本。①使用伺服调整软件（SD）的准备。在调整2中设定测量数据的型式。（用模拟/数字一体的伺服检查板时设6作为数据位数。用数字检查板时，将DIP开关设到12（奇数轴）或13（偶数轴））。②设定No2206#7（16i），No1746#7（15i）为1。两个伺服轴用同一个DSP控制时设定这一位。③在这种状态，在每一电流环控制周期输出TCMD波形。④在SD的F9画面上各通道的设定，选择TCMD测量。对于电流的设定，设为放大器的最大电流值。8⑤在这一状态下，使电机加/减速，在伺服的波形图上检查加/减速的正确输出。⑥用SD，设定数据点数，实现0.1秒的数据采集.对于HRV1:400个数据项对于HRV2:800个数据项对于HRV3:1600个数据项⑦转动电机，记下产生异常声响时的数据。⑧调整SD的画面，使每次只显示第一轴或第二轴，（第一轴和第二轴的波形显示或隐藏可用键SHIFT+1和SHIFT+2控制）。此外，在F3菜单上的放大项上设定适当值，以便清楚地观察TCMD波形上的振荡。⑨此时，按CTRL+F键，置于频率分析方式。在尖波下的刻度值乘以10即为谐振频率。⑩完成调整后，将No2206#7（16i），No1746#7（15i）复位为0。图3.4.1(f)谐振频率例93.4.3实现高速、高精度加工的伺服参数的调整(1)