FANUC0i系统铣床和加工中心的高速高精加工参数调整

2013-06-17四川长征机床集团有限公司自贡643000王智煜

金属加工(冷加工) 2013年5期

四川长征机床集团有限公司（自贡 643000）王智煜

数控铣床各轴的传动结构示意图如附图所示：

传动示意图

但由于丝杆传动有间隙，联轴器有形变，即整个传动环节非刚性，因此机床在各轴切圆的形状，零件的加工精度及表面粗糙度上均将出现不尽人意之处。当然零件加工质量还与主轴摆动、刀具选择及程序有关，但不在此文中讨论。下面就伺服HRV控制、高速高精度加工的伺服参数调整步骤做归纳总结。

1.伺服HRV控制的调整步骤

伺服HRV改善了电流回路的响应，可使速度回路和位置回路设定较高而稳定的增益值。

（1）设定电流回路的周期和电流回路的增益

#2004=0000011：设定HRV2/HRV3控制，电流环控制周期为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。

注意用一个DSP控制的两个轴设定相同的周期时间；若电动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#2040修改后的值乘以0.6；将#2041修改后的值乘以0.6或#2041=0。

#2040=标准值*0.8：电流环积分增益（PK1）；

#2041=标准值*1.6：电流环比例增益（PK2）；

#2042：电流环增益（PK3）。

（2）速度回路增益的设定

#2017.7=1：开通速度环比例增益高速执行功能（仅对于高速有效）。

#2021：负载惯量比（以50%增加）间接调整速度环增益；以伺服调整画面上的增益为准，调到700%～1 000%。

（3）消振滤波器的调整消除某一频率下的振荡是非常有效的。调整步骤：①以低速（F1 000—F10 000）开动机床。②逐渐增加速度环的增益，直至进给时出现轻微振荡。观察TCMD，测量其中心频率。③在参数中设定测量频率和带宽；如果高频（200Hz以上）振荡不出现，就不要使用消振滤波器。

#2113：设定带通滤波器的中心频率。

#2177：设定消振器1的衰减带宽（一般为30，对于600Hz以上设为40）。

（4）精细加/减速的设定抑制分散频率的振动（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）。

#2007.6=1：开通精细加/减速功能；#2202.1切削/快速开关功能。

#2209.2=1：精确加/减速的类型用直线型。

#2109：FAD精细加/减速时间常数，设定值为8的倍数。

（5）前馈系数的调整补偿伺服位置和速度环的延时。

#2005.1=1：进给前馈功能开通。

#2092：进给提前前馈系数。推荐9 700～9 900。

#2069：速度前馈系数。没有负载惯量时，推荐100。

#2069=100*（电动机转子惯量+负载惯量）/负载惯量。

（6）位置增益的调整当提高了速度回路的响应时，可以设定较高的位置增益。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%。

进给速度=位置环增益*位置跟随误差+进给前馈系数

#1825：位置环增益。推荐5 000～10 000。设定后重新调整第5步。

（7）设定和调整HRV3控制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。

#2013.0=1：开通HRV3高速电流环控制。

#2202.1=1：进给/快速移动间速度环增益开关功能打开。

#2334：HRV控制中电流环增益放大倍数。推荐150，设定值为出现振动时的70%。

#2335：HRV控制中速度环增益放大倍数。推荐100～400。

2.实现高速、高精度加工的伺服参数的调整

（1）设定默认的下列参数不用插补后的直线加/减速，而使用精细加/减速。但是，在高精度轮廓控制，AI轮廓控制和AI纳米轮廓控制中不使用精细加/减速。在批量传送程序数据（如使用RISC）时，要设定CNC软件的插补后直线加/减速参数。

#2003.3=1：PI高速、高精度控制。

#2005.1=1：开通进给“前馈”功能（#2092）。

#2006.4=1：速度反馈数据的容量为1ms。

#2007.6=1：开通精确加/减速功能（#2109，高精度轮廓控制中不能用）。

#2017.7=1：开通速度环的比例项高速处理功能。使用该功能时，可能出现高频振荡，取决于机械的谐振点。在这种情况下，不要使用这一功能。若高频振荡出现在高增益下，可使用转矩指令滤波器。

#2209.2=1：精确加/减速(FAD)为直线型。

#2092：提前前馈系数为9 900。

#2069：速度前馈系数为50（减少速度环响应延时）。

#2109：精细加减速时间常数，24（中小型机床），32（大型机床）。对于快速移动，用带前馈的精细加/减速实现高速定位，需要的时间常数约为40～64ms。此时，可使用精细加/减速的切削进给/快速移动切换功能。

（2）按1节修调速度、位置环增益 ①在可能的条件下使用伺服HRV2/3控制。②在正常进给加工时，只要不出现振荡，高的速度环增益会改善表面精度和加工形状精度。高速、高精度加工的效果取决于允许的速度环最大增益值。

（3）前馈系数的调整（加工圆弧R 10/进给F4 000）目的：①位置误差（诊断号300）=进给速度／［60×位置环增益（#1825）］。②消除位置偏差的有用功能是位置前馈（将CNC的位置指令变为有补偿功能的速度指令）。但伺服响应性能的改善，可能使机床出现冲击，为避免此情况，必须同时使用插补前的加/减速功能。操作：

编制整圆加工程序：

G91 M03 S*；

G08 P1；

G17 G02 I-10.0 F4000；

G08 P0；

M02；

调整提前前馈系数：95%→96%→97%→98%→99%。调整速度环增益：100%→200%→300%→400%。

注释：①若圆有径向误差(径向跳动)，则前馈系数不足。②形状变形且有过象限突起，则速度环响应慢。③反向间隙的加速功能，可减小过象限的突起，改善正圆度。

（4）速度环前馈系数的调整（用4角有1/4圆弧的方形工件）目的：改善速度环的响应性能：增加速度环增益和调整速度环前馈系数。

操作：速度前馈系数=100×(电机转子惯量＋负载惯量)／电机转子惯量。编制方带圆弧加工程序：

开始的速度前馈系数用100%，且圆弧半径箝制进给速度无效。分X、Y 调整前馈系数100%→300%间（既不凸出，也不过切）。

注释：①按前进方向若直线→圆弧的相交处有过象限突起，在圆弧→直线的相交处有缺口，表明速度前馈系数偏小。②按前进方向若直线→圆弧的相交处有缺口，在圆弧→直线的相交处有过象限突起，表明速度前馈系数偏大。③若圆弧部分有振荡，可使用两种方法消除：一种是增加速度环的增益（不能用在速度增益已加大到振荡极限的增益）；另一是减小按圆弧半径箝制进给速度功能的圆弧部分的进给速度。

（5）按圆弧半径的进给速度箝制参数的调整目的：若机床的刚性太低，则由于加速度的变化将产生振动。为了减小目标方向的指令进给速度。加工时运用预读控制，按圆弧半径箝制进给速度的功能来实现对进给速度的控制（减小）。特别是高精度轮廓控制（连续小程序段）中得到运用。

设定建议：高刚性小型机床：拐角圆弧R5时，设 F4 000（889mm/s2）。

刚性中的中型机床：拐角圆弧R5时，设 F3 000（500mm/s2）。

刚性差的大型机床：拐角圆弧R5时，设 F2 000（222mm/s2）。

（6）用进给速度差限制拐角加速度功能的允许速度差的调整目的：CNC可以降低进给速度使其不超过用参数设定的允许值。加/减速根据插补前的加/减速时间常数进行。根据要求的形状误差，设定尽可能高的进给速度允许值。

设定建议：高刚性小型机床F400。刚性中的中型机床F300。刚性差的大型机床F200。

注释：若即使拐角处的进给速度降到接近于零也不能去掉过冲，其原因可能是插补前的加/减速度太大。此时须设定大的插补前加/减速的时间常数。