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數(shù)控機床伺服調(diào)整在機床調(diào)試中的重要性

文檔作者：楊國棟何紅欣文檔來源：漢川機床集團有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年06月02日
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數(shù)控機床伺服調(diào)整在機床調(diào)試中的重要性
楊國棟何紅欣
(漢川機床集團有限公司，陜西漢中723003)
摘要：以一臺XH716E配FANUC系統(tǒng)機床在模具加工中遇到的問題為例，闡述數(shù)控機床伺服調(diào)整的重要
性。
關(guān)鍵詞：數(shù)控機床伺服調(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)動系統(tǒng)，三軸聯(lián)動，可以實現(xiàn)各種復雜零件和模具
的加工。在對一臺XH 716E機床作試切實驗時發(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。
圖1 調(diào)整]~XH7 1 6E機床試切效果圖
要解決以上問題，必須對機床的伺服系統(tǒng)進行細
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)動控制主要包括電流環(huán)、速
度環(huán)和位置環(huán)三個環(huán)路?？刂瓶驁D見圖2。
電流實測值
指令 移動指令 速度指令 電流控制
黥 簍 鋈勰}
l位置實測值 l速度實瀾值
黼
電動機串行
脈沖編碼器
圖2 伺服驅(qū)動控制框圖
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
復雜，控制框圖見圖3。
圖3 避度環(huán)控倒框圖
速度環(huán)設定的主要參數(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，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
脈沖進給和過沖有影響。PK1V和PK2V的調(diào)整通過
調(diào)整負載慣量比P2021來完成。負載慣量比是速度環(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
調(diào)整。
電流濾波器1—4主要是對速度環(huán)控制器頻域響
應中的波峰進行調(diào)節(jié)，抑制振動，使伺服平穩(wěn)運行。特
zulu 等
別說明，濾波器的數(shù)量應是越少越好。
2．3 位置環(huán)控制
位置控制環(huán)在整個控制系統(tǒng)中舉足輕重，也是三
個控制環(huán)中最為復雜的控制環(huán)。其內(nèi)容包括位置控
制、前饋控制、精細加減速功能、靜摩擦補償功能及反
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調(diào)整。調(diào)節(jié)位置環(huán)增益，可提
高機械系統(tǒng)的響應時間，更加精確地到達指令位置，提
高機床定位精度。機床插補軸設定值應設一樣。
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)整前饋設定的參數(shù)有P2092、P2068、
P2069、P1768。
精細加減速功能(FAD)是用軟件進行加減速處
理，實現(xiàn)平滑加減速的功能。在進行模具的高速、高精
度加工時，使用FAD功能，有助于提高模具加工面精
度，減小機床沖擊。因此，F(xiàn)AD參數(shù)1：'2109精細加減
速時間常數(shù)需要通過伺服軟件對機床的運動分析測量
后進行設定。
靜摩擦補償功能是當靜摩擦大時，在速度指令上
增加補償數(shù)據(jù)，可減小起動時的延遲。
反向間隙加速是因在圓弧切削時，電動機反轉(zhuǎn)時
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XH716E
機床加工的零件表面粗糙度差，是由于速度環(huán)頻率響
應和位置環(huán)的頻率響應沒有進行合理的調(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；
而表面有麻點狀況的產(chǎn)生主要是軸的過沖引起的，與
精細加減速，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)的正確設定必須借助FANUC
SERVO GUIDE專用軟件來完成。
3．1 速度環(huán)驅(qū)動響應的測量和調(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，設定參數(shù)P2021
(負載慣量比)、P2069(速度前饋系數(shù))、P2107(切削時
速度環(huán)增益倍率值)、P2335(高速HRV時速度環(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)頻率響應的幅頻曲線圖，盡量提高
P2021設定值，曲線在0～100 Hz時，應平緩靠近在振
幅0 dB位置；100～200 Hz時，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，設置電流環(huán)濾波器1～4，消除共
振點，且共振點處曲線處于一10 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)
量應越少越好。
∞
趔
堡
20
1O
O
1O
2O
30
4O
。 ^．． ．
f
、、
、
＼
一
、
、
、
l
j 1
圖5 電動機速度幅、相頻圖
3．2 位置環(huán)驅(qū)動響應的測量和調(diào)整
(1)測量的內(nèi)容和目的
測量位置環(huán)頻率響應，設定參數(shù)P1825(伺服環(huán)增
益，應盡量提高該值)、P2092(位置前饋系數(shù))、P1768
(先行控制插補后加減速時間常數(shù))、P2109(精細加
減速時問常數(shù))、P1620(快速移動加減速時間常數(shù))、
P1621(鐘形加減速時間常數(shù))、P1622(插補后加減速
時間常數(shù))、P2048(反向間隙加速量)、P2071(反向間
隙加速有效時間)、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
用機床軸的快速移動、直線插補、圓弧插補，通過
觀察TCMD(轉(zhuǎn)矩命令)、SPEED(電動機速度)波形，
· 133 ·
∞∞o ∞ ∞ ∞
一一 ． 一 0 0
p／ 罌
CNC Seminar
孳 要 插補的波形 應優(yōu)于或接進于璧 圖竽7 所示三的 圖形；圓弧插 4一實 際參數(shù)～ 調(diào)一整 和。 加一工 效果
補的圖形應優(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 快速移動時轉(zhuǎn)矩一速度波形圖
i {
時間／ms
圖7 直線插補時轉(zhuǎn)矩-速度波形圖
· 134 ·
圖8 圓弧插補時形狀誤差圖
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)動調(diào)整的效果，分別對機床參數(shù)調(diào)整
前后進行了同一工件的試加工。加工工件為在一矩形
(梯形)表面上加工一個弧形凹面和一個弧形凸面，材
料為銅66X43，45。角往返進刀。R3 mm球形刀，進給
F2500，主軸轉(zhuǎn)速$3800，加工時間約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)對刀自動輸入刀長功能
江葉青 朱 蕓 朱明瑞
(中國電科集團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)加工中心自動輸入刀長功能。
關(guān)鍵詞：FANUC 宏程序加工中心刀長自動輸入檢測刀長
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大，手工編程就
相對冷落，有人說手動編程除了比賽誰還用，而真正比
較起來手動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擴展性好，一個程
序可以加工不同型號的零件只需要修改參數(shù)。③可以
編寫應用程序、擴展機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。而很多機床都
沒有配備先進的對刀儀器，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，浪費很多占機準備
時間，無形中增加了成本。筆者經(jīng)摸索開發(fā)編寫了對
刀自動輸入刀長和對刀后檢測刀長應用程序，現(xiàn)介紹
如下。
1 程序設計
為減輕操作者工作壓力而設計此程序，對刀長時
只需刀尖到對刀表面后執(zhí)行程序，即可將刀長自動輸
入到刀對應的刀長補正號內(nèi)免去手動輸入，從而避免
人為因素輸入錯誤。檢測刀長功能在手動數(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)出相應報警。
設計格式：刀長自動輸入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可設任意兩位數(shù)，MC可以為任意三位數(shù))。
Z0：工件坐標系刀尖點坐標，如刀尖位置應為工
件坐標系z—l0則為z一10。
H1：要存人的刀長補正號，如果省略則默認主軸
上的刀號。
s3：s1～s6分別對應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，
所以這里給他默認為S3坐標系)。
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
狀況，表面粗糙度值有很大減小。
圖9 調(diào)整后XH7 1 6E機床試切效果圖
5 結(jié)語
運用FANUC SERVO GUIDE軟件對伺服系統(tǒng)的
調(diào)整能大大提高機床的加工性能，具有很強的實際應
用價值。但是值得說明的是由于加工對象的不同，對
機床的性能要求也不盡相同。即使是同一臺機床，由
于高速度和高精度只是相對而言，并且相互矛盾，在不
同的時段，參數(shù)的調(diào)整也會有所不同。因此，在調(diào)整時
應根據(jù)實際情況尋找此參數(shù)的最佳平衡點。
(編輯孫德茂) (收稿13期：2009—12—21)
文章編號：10542
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· l35 ·

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