FANUC系统参数在生产质量方面的实践和应用

2018-01-03王路暐

设备管理与维修 2017年12期

关键词：丝锥攻丝螺距

王路暐

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西柳州 545007）

FANUC系统参数在生产质量方面的实践和应用

王路暐

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西柳州 545007）

深孔刚性攻丝断刀回退；孔位置度超差的补偿；伺服增益的相关参数；圆弧拐内角倍率与进给速度相关的参数。FANUC系统参数的使用实践。

FANUC 系统；参数；加工节拍

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.12.18

0 引言

FANUC系统参数中有部分的参数是关于设备的机械性能、伺服系统、NC加工设置，其中和加工相关系的有刚性攻丝，刀具补偿，螺距误差补偿，伺服增益相关参数，圆弧拐内角倍率设置，进给速度的参数。这些参数和现场设备的加工节拍、加工质量密切相关，需要研究掌握参数在不同的加工条件下的调整方法，以满足生产的节拍和质量需求。

目前，厂里使用了FANUC18i和FANUC31i系统，2个版本关于系统参数的设置和含义基本相通。那么根据0i系统的参数含义，可以部分了解到机床设置参数的调整方法和调整范围，经过近10 a的FANUC系统使用，工厂已经积累了关于丝杠磨损的参数补偿、伺服增益的相关参数设置等经验，但是在刚性攻丝、螺距武昌补偿方面经验不足，需要更长时间的摸索跟踪和实践。将现场出现的一些质量和生产节拍问题，叙述系统参数的补偿和调整过程以及达到质量和节拍合格的案例。

1 深孔刚性攻丝断刀回退

掌握数控系统作深孔刚性攻丝时，处理攻丝断刀情况，对防止损坏工件、机床。刚性攻丝攻螺纹在主轴旋转中，Z轴的进给总量与丝锥的螺距持平等同。即P（丝锥螺距，mm）=F（Z轴送给量/S，mm/min）/S(主轴转速，r/min)

从实践来讲，上述涉及的FANUC系统参数如主轴的转速、Z轴的进给、攻螺纹功能在满足各项性能参数中，受各自独立执行加、减速的基本条件满足运转，然而现实情况是并不能满足公式的动力需求。而从系统改良方面，用于满足公式运转，就有必要借鉴装在攻丝夹头内部的弹簧对送给量进行补偿，而通过这种补偿，整体实现且顺利以攻螺纹的精度满足了回退需求。

刚性攻丝的运行机理，是通过同步控制控制主轴的旋转和Z轴的进给来保证精度。在系统性的运行策略和方法中，最大限度的变成位置系统运行。主轴在执行该系统操作时，通过对主轴旋转的速度控制、位置控制和实现对主要旋转和钻孔轴的进给直线插补。深孔刚性攻丝断刀回退，依托满足P=F/S的条件，来确保生产质量的整体提高。攻丝的螺距可以直接指定。刚性攻丝可以通过的指令完成，如：M29S***。

在缸盖的MAG设备CNC上，一个工位频繁出现丝锥断刀的情况，在排查了丝锥刀具的问题、主轴振动、丝杠磨损造成的振动、夹具未将工件夹紧、刀具的冷却压力和排屑，以及刀具的主轴转速设置等问题后，通过检查系统参数中关于刚性攻丝的部分，发现了丝锥在退刀的速度倍率上的设置出现问题，将退刀倍率改为100，单位为%后，丝锥未再出现断刀的情况，原来的设置为56%，这样造成了Z轴退出速度和主轴的旋转速度不匹配，丝锥被频繁拉断。

2 孔位置度超差的补偿

数控机床的工艺流程优化中，通过对直线轴精度的调整和改良，满足对基本轻度的位置定位和速度控制。其中把握关键节点（反向间隙、定位精度、重复定位精度）机械位置的调整，尤其是对直线轴传动链中滚珠丝杠的螺距制造精度。数控机床生产制造及加工中，为实现生产质量的整体提高，实施必要且准确的定位系统节约成本最有效的方法除了对关键节点的调整外，应用数控系统的螺距误差补偿功能，对机床反向间隙、重复定位精度之间的误差进行消解。厂里使用FANUC18i和FANUC31i版本的2种系统，通过对螺距补偿量、CNC移动指令、伺服轴的移动量、补偿丝杠的螺距误差等各个监测点的重点监测外，还借助相关检验仪器进行深度监测，最大限度提升了生产质量，避免了孔位置度超差造成的质量问题。

3 伺服增益的相关参数

伺服系统（Servo Mechanism System）以机械运动的驱动设备为控制对象，以控制器为核心，以电力电子功率变换装置为执行机构，实现了生产中适时的信心反馈。伺服增益的相关参数研究中，各控制单元和子单元之间，形成了相应的系统性原则控制和必要的偏差及其震动。伺服增益的相关参数中，通过对伺服3个反馈系统环的调整，实现对主参数如位置环增益、速度环增益、速度积分时间常数的全权调控，在恰当的调整中，各参数对整体生产质量的提高，主要突出表现在指令位置跟随性参数、工件表面优劣、驱动器工作在位置方式上的有效性，并通过增加位置环比例增益，以锁机力度（提高伺服电机的刚性），取得系统运行效果。同样的，在位置环的整体精度改善中，相应的时间调整和循环调整，实现速度环的整体增益。CNC系统如图1所示。

3.1 特点

图1 CNC系统框图

位置比例增益（借助位置环）参数KP的条件，是实现系统改良的先决条件，从运作机理来看，当KP值增大时（刚性较硬），伺服电机对位置脉冲指令有较好的响应；同样的，当位置环比例超出时，相应的震动和噪音，也造成了伺服电机启动过程中不稳定状态存在的根源。

厂里使用的FANUC18i和FANUC31i版本的2种系统，可保证位置环系统稳定工作，满足位置伺服增益且避免减小位置滞后量。在自动化场景运行中，通过先提高位置环增益直至过冲，后降低位置环增益的调整机理，实现了运行参数和运行常数对位置环所起的作用。为提升主控制单元的调整时间，实现对各控制单元和子单元之间，形成了相应的系统性原则控制和必要的偏差及其震动的合理调控，在直接程度上实现以伺服电电机稳态速度误差的大小及速度环系统的稳定性要求。在实际的数控机床的生产研究中，通过实际负载转矩和负载惯量与缺省参数值设置时的相符率，进行调整，并最大、大限速的满足速度带宽需求，避免发生电机速度爬行或振荡等现象。通过对对速度环的比例增益、积分时间常数进行调整来达到理想的速度环带宽需要。

3.2 速度环参数与积分时间常数的调整策略原则

参数的调整，除了满足系统稳定性需求外，还要确保在不振荡的前提下，使速度环响应最快。最直接有效的方法就是通过度较好速度环比例增益，来调整速度环，具体来讲就是对速度环的先震荡后降低原则。换言之，速度环积分时间常数调整是伺服系统来说为延迟因素。设置中除避免设定过大延长定位时间（导致相应能力差）的缺点外，还要以具体运行状态实现对定位偏差脉冲的振动状态调整，尤其确保机械设备性能在短期内耗费较短的稳定状态时间来保证生产。

速度环积分时间常数调整的基本原则，通过对载惯量、电机轴上值、电机转子惯量的倍数关系的折算和相应的时间常数的正相关关系研究。在相应的状态调整和稳定性能研究中，参数的负载，在实际的生产质量管理中，依据FANUC18i和FANUC31i系统参数中，相应的伺服增益及其速度环比例增益和相应时间，最终获得最短时间的最佳运行效率。