反向间隙加速功能调整方法

BEIJING-FANUC技术部反向间隙加速功能调整技术部技术支持课：徐少华、郭柯一、反向间隙加速功能的原理在机床进给轴的传动过程中，由于反向间隙、摩擦等因素，造成电机在反向运转时产生滞后，电机的反转滞后造成加工的延时，此时，在加工圆弧象限过渡处将会留下象限凸起的条纹。反向间隙加速功能的原理为：将人为设定的反向间隙加速补偿量补偿至速度环积分环节的VCMD，用以改善电机由于传动环节的影响造成的滞后，降低在反转时的位置误差。其原理如下：2071反向间隙加速时间2048反向间隙加速量在分析机床进给轴反向运转产生滞后的原因中，一方面，电机本身摩擦引起的反转延时，另一方面，机床本身的传动摩擦引起的反转延时，为了更好的补偿上面两个因素导致的反转延时，二段反向间隙加速功能分别予以针对补偿。二段反向间隙加速功能说明：实际机床调试时，是否使用二段反向间隙加速功能有以下几个注意点：1、如果使用一段加速功能，且一段加速量设定很大值仍无补偿效果，尝试使用二段反向间隙加速功能。2、线轨机床导轨传动使用滑块结构，和轨道的接触面小，机床本身的传动摩擦小，往往使用一段加速功能即可实现反向滞后的补偿。3、硬轨(方轨)机床的导轨传动使用贴塑面整体接触，和导轨的接触面大，传动摩擦相应的就会变大，在导轨掺刮不均匀的情况下，使用一段反向间隙补偿功能，往往达不到效果，此时，可以尝试使用2段反向间隙补偿功能。第一段：补偿电机的反转摩擦扭距第二段：补偿机床的摩擦扭距BEIJING-FANUC技术部二、一段反向间隙加速功能的调整1、将机床进给轴的位置环和速度环增益调整至合理值如果在进给轴的增益没有进行合理的调整之前，进行进给轴反向运转延时滞后调整，此时，反向间隙减速功能并不能很容易的补偿反转滞后，提高伺服轴的位置环和速度环增益，本身就是在提高伺服的响应和刚性，进而补偿反转滞后的延时影响。故：在进行反向间隙加速补偿功能之前，务必将位置环和速度环调整至较高的稳定值，在此基础上再进行其他功能的补偿，将会很容易进行补偿。如下图：图一为VG=150时测定的圆，图二为VG=300时测定的圆。图一BEIJING-FANUC技术部图二2、一段反向间隙补偿的参数参数号16i/18i/21i/0i设定值说明18511反向间隙补偿值，圆弧调试设定为1，调试完成后，恢复为实际值2003#51反向间隙加速功能，设定为1时，开通该功能2006#00反向间隙补偿功能是否有效，通常设定为0。2009#71反向加速停止功能，通常设定为12009#61反向间隙加工功能仅切削有效(前馈)2223#71反向间隙加工功能仅切削有效(G01)2015#60二段反向间隙加速功能不使用20825停止距离设定(如果检测单位为0.1微米，设定为50)204850一段反向间隙加速量207120一段反向间隙加速有效时间在进行调试时，根据实际凸起量，进行加速量(NO2048)和加速时间(NO2071)的配合调整，直至凸起消除。BEIJING-FANUC技术部图三图四3、进行不同方向的补偿理论上，电机在从＋→－和从－→＋，其反向延时滞后的量应该是一致的，但由于机械安装以及导轨摩擦等外界因素的影响，在实际测试圆弧时，可能会出现不一致的情形，如下图五图五从上图可以看出，X轴在两个方向反转延时滞后，在相同补偿值下，其效果不一样，此时需要根据不同方向分别进行补偿。X－→＋－←＋XY＋→∣＋←∣YBEIJING-FANUC技术部4、重力轴的特殊注意通常的机械设计，重力轴都为配重铁块或氮气平衡气缸平衡主轴，但是如果配重铁块和主轴侧重量差异过大，则需要进行重力轴的扭距补偿。如下图六：图六进行扭距补偿的结果：需要保证Z轴上下反转时凸起量一致。在保证了上下两个方向凸起量一致的基础上，再使用一段反向间隙加速功能进行细致调整。NO2048NO2094BEIJING-FANUC技术部注：NO2087的设定值可设定正值（配重过轻）、负值（配重过重）。5、不同速度的补偿设定伺服轴在不同速度下运行，反向滞后延时量也将不同，故：以不同速度下加工圆弧时，其象限的凸起量将不一致。理论上推测，象限补偿量和进给速度是线性关系，如下：建立加工速度范围内的线性关系的步骤：1）在速度范围内选择最小速度进行测试，一边观察象限凸起，一边设定最佳反向间隙加速量，将设定值设定在NO2048中2）选择在最大和最小速度之间的值，一边测试，一边增大倍率值(对应参数加速量进给速度NO2087BEIJING-FANUC技术部NO2114)，直至补偿量消除凸起。3）将速度设定最大进行测试，观察圆弧凸起，设定对于最大速度凸起量的补偿值，将该值设定至NO2338中。当存在不同反向间隙补偿时，其对应的不同速度下的补偿参数如下：三、二段反向间隙加速功能的调整如果在一段反向间隙加速功能补偿值设定很大的情况下(如：NO2048：600，NO2071：80左右)，对于加工圆弧的象限凸起仍没有明显作用时，需要尝试使用二段反向间隙加速功能。二段反向间隙加速功能，对于造成电机反向滞后的原因分别予以补偿，尤其针对机床本身的传动摩擦力。二段反向间隙加速功能是在一段反向间隙加速功能之后发生作用的，他们之间的作用时机和配合关系如下：说明：通常情况，考虑加工工艺，如：主轴转速、刀具磨损等因素，模具加工的速度一般在F3000/M以下，故：简单的测试，可以以某一固定速度(通常F2000)进行反向间隙的补偿，无需上述细致的补偿。BEIJING-FANUC技术部涉及二段反向间隙加速功能的几个主要参数标注于上图中。二段反向间隙加速功能的调整步骤如下：1、设定初始补偿值，进行粗略补偿，观察测试圆弧通常，初始设定补偿值如下：N02082N02089N02039N02167说明：1、NO2082参数设定为二段反向间隙加速功能的开始位置，实际亦为一段反向间隙加速功能的停止位置。2、二段反向间隙加速开始位置NO2082和终点位置NO2089需要注意如下关系：1)NO2089设定为0时，NO2082设定为正值，则：终点位置在起点的二倍处如果NO2082设定值为负，则终点位置在起点的三倍处。2)NO2089设定为非0值时，则终点位置为：NO2082×NO2089/10。3、实际调整时，需要注意固定一端，即：在修改开始位置时，需要保持结束位置保持不变，观察测试加工的效果；修改结束位置时，需要保持开始位置不变，观察测试加工的效果。4、需要使用二段反向间隙加速功能时，往往一段反向间隙加速补偿量设定很小。如果设定过大，则：电机在一反转时即出现过切现象。BEIJING-FANUC技术部测试测定圆弧如：图七一段初始补偿量设定NO2089NO2082NO2039NO2167二段相关补偿参数初始设定NO2048BEIJING-FANUC技术部图七2、分析一段加速量是否合理按照对于一段反向间隙加速和二段反向间隙加速功能作用时机的分析，电机在一反向时，首先发生加速作用的是一段加速。将上述图七，按下Z键，放大如：图八图八从图八可以看出，在电机一反转时即发生了过切，故：需要修改一段加速量NO2048。3、进行二段反向间隙加速的细调说明：在使用二段加速功能后，一段反向间隙加速量往往只要设定很小值即可，如果按照只使用一段反向间隙加速功能时的补偿量设定，此时电机一反向时将会产生过切。BEIJING-FANUC技术部针对二段反向间隙的细调主要围绕开始位置、终点位置、加速量的细致调整进行。出现的几种情况如下：如图I：二段加速的起点和终点过迟。补偿时间太短。设定举例：P2039＝500P2082=10P2089=0注：起点和终点的确认有如下规律：当P2089=0时，P2048为正值时，终点在2倍起点处；P2048为负值时，终点在3倍起点处。当在P2089设定值时，终点可以在任意处，此时计算的终点为(P2089设定值)×(P2082设定值)/10。图I如图II：二段补偿的起点有点迟，需要重新调整起点，修改时，保持终点不变。设定举例：P2039＝500P2082=5P2089=40(为保证终点不变，修改值为40)图II如图III：二段加速的终点有点早，需要重新修改，此时保持起点不变。设定举例：P2039＝500P2082=5(修改终点，保持起点不变)P2089=60图III如图IV：合理调整二段加速起点、终点，得到如图IV，由于二段加速量补偿比较多，产生过切。此时需要调整二段补偿量。设定举例：P2039＝150P2082=5P2089=60IV4、关于加速量偏置NO2167BEIJING-FANUC技术部在使用NO2039进行补偿二段反向间隙加速量时，如果设定值很大时仍无法进行有效抑止圆弧象限凸起时，请尝试使用NO2167参数进行抑止象限凸起，该参数在抑制象限凸突起上作用明显。5、进行不同方向的补偿如果使用二段反向间隙加速功能时，出现不同凸起量，和一段加速一样，也可以进行不同方向的补偿设定。其对应关系如下：四、调整案例案例一：加工曲面效果不好图8表面粗糙和有象限点浅析：从图片中可以看出圆弧表面的加工效果不理想，粗糙；有象限点。可能是参数设置引起震动造成，也有可能是机械原因造成。解决过程：1）使用SERVOGUIDE测试原始图形如下：BEIJING-FANUC技术部图9XZ轴插补的圆弧图形2）使用SERVOGUIDE进行调整之后测试图形如下：图10调整之后的图形从调整前后的图形来看，有所改善，但加工出来效果依然。于是，进行机械的检查。重新进行X轴和Z轴的装配。3）重新装配机械后再次使用SERVOGUIDE进行调整，测试波形如下：BEIJING-FANUC技术部图11装配机械后再次调整的波形4）再次进行加工，表面刀纹和光洁度很好，问题解决。5）调整前后的参数设置：参数号调整前调整后X轴Z轴X轴Z轴2003#511112015#6110118511015121820482020350520940045002071202020202009#71111208255552271#511012039100200050208900025216720050003006）小结从调整的过程，可以看出加工效果不好主要是由参数设置和机械安装不良共同造成的。机床是三轴硬轨，摩擦力比较大，X轴在重新调整之后，不需要使用2段加速度；而Z轴由于各方面的因素，仍需要使用2段加速度。BEIJING-FANUC技术部案例二：象限点问题1图12象限点浅析：在机床系统中，当反冲，摩擦的影响较大时，在电机反转时，就会产生延迟，造成圆弧切削时的象限突起。如果进行补偿过量时，又会产生象限凹下。不管象限凸起还是凹下，从肉眼来观测，一般都呈现一条线，如图12。但具体是凸起还是凹下，一般难以判别，需要从实际加工的调试中来摸索，然后有针对性地调整相关参数或者机械来解决。解决过程：1）使用SERVOGUIDE测试原始图形如下：图13XZ轴的圆弧原始图形BEIJING-FANUC技术部2）使用SERVOGUIDE进行调整之后图形如下：图14调整之后的图形3）再次进行加工，象限点消除，问题解决。4）调整前后的参数设置参数号调整前调整后X轴Z轴X轴Z轴2003#511112015#601001851101510172048300202503502094350602003852071202020202009#71111208255552271#50100203902000020890350021670500005）小结从调整过程中，可以看出这个象限痕主要是Z轴使用了2段加速不当，造成象限过切引起。2段加速在机床静态摩擦力相当大的时侯可以使用，能非常有效地抑制凸起，如案例一；但使用不当时，也会造成过切。故，2段加速的是否使用需依机床的实际情况来定。BEIJING-FANUC技术部案例三：象限点问题2图15象限点浅析：由图片的效果来看，该图中X和Y轴都有象限点（机床为三轴硬轨，Y轴的静态摩擦力大），但具体象限点是凸起还是凹下，则不清楚。需要进行尝试性的调试来分析解决。解决过程：1）使用SERVOGUIDE测试原始图形如下：图16XY轴的圆弧原始