FANUC高速高精加工的参数调整.docx

FANUC高速高精加工的参数调整.docx

《FANUC高速高精加工的参数调整.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《FANUC高速高精加工的参数调整.docx（24页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

FANUC高速高精加工的参数调整

铣床、加工中心高速、高精加工的参数调整

）

王玉琪（北京发那科机电有限公司

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

电机的参数说明书中叙述了一般调AC系统（包括伺服）进行调整。

在FANUC的对CNC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。

功能，故车G05系统无G08和对于数控车床，可以参考此调整方法。

但是车床CNC控制时还可调整CsHRV参数和伺服参数。

床加工精度（如车螺纹等）不佳时，只能调整主轴的控制参数。

目录电机…………………………………………………P2α使用i电机……………………………………………………P22使用αP24

补充说明………………………………………………………

1

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。

．

控制后的效果使用伺服HRV3.4.1（a）图

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。

伺服用控制可以改善整个系统的伺服性能。

使得伺服调整简化。

HRV2由于这一效果，改善高速电流控制，因此可进行高精度的机械加工。

HRV2调整后，可以用HRV3纳米轮廓控制AI）控制，Look-aheadAI轮廓控制，若伺服HRV控制与CNC的预读（“高节关于这方面的详细叙述，请见3.4.3和高精度轮廓控制相结合，会大大改善加工性能。

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HRV3控制的调整与设定大致用以下步骤：

HRV2和*1）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

电流响应的改善是伺服性能改善的基础。

125μs。

电流回路的周期从以前的250μs降为）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。

中的*3）③消振滤波器的调整（图3.4.3（c）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）④精细加/减速的设定（图3.4.3（c）中的

指令的扰动周期的CNC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

减速功能消除。

现象。

这种现象可用精细加/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。

）3.4.3（c）中的*5⑤前馈系数的调整（图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

99%。

—馈系数为97%）3.4.3（c）⑥位置增益的调整（图中的*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。

3

⑦设定和调整HRV3控制（图3.4.3（c）中的*7）

，以此设定更高的速度回路增益。

HRV3若要求进一步改善伺服性能，可使用

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

切移可1615设定

伺HRV控设定电流周期12No202No187的电机型*

1使该功能生）

No

速度环比例No2017近1500-2000伺1959,#7

调整画面速度高速处理功No202No187:

700%-900%

振荡的中心频用于祛200HNo2113No170630消振滤波设更高频率的谐No2177No262

较高的速度环增

1使精细减速生）

No2007#6No1951#6精细减速1线性精细减）

No2209#2No1749#2益功16精细减速时间No210No170

1使前馈功能生）

No2005#1No1883#19700-9900前馈系）

No2092No1985预读前速度环前100近No196No2069系

初始设8000-10000No182No182位置增5000

1

No2013#0No1707#01

No2202#1No1742#1150

伺HRV控只在高100%-400%No2747No2334

电流控制方式的No274No233HR

削进给时有

（见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。

表3.4.1快速移动的切换功能”）3.4.2节“切削进给/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）×0.8

No2041（16i），No1853（15i）设（标准值）×1.6

⑷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：

（使速度环的比例项高速处理功能生效）1设

速度增益值（在伺服调整画面上的增益）调整：

1000%150%逐渐增加增益值，目标值约为以初始值

③消振滤波器的调整

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3.4.1（d）如图

的强烈谐振，为了消除谐振，使用高的速度增益，消振滤波器是机械系统中有超过200Hz速度回路增益的设定”前调整消振控制时，要在“②非常有用的。

因此，使用伺服HRV2，不要使用消振滤波器。

滤波器。

若谐振频率为200Hz或低于200Hz5

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）

）。

40或以上时设600Hz（当中心频率为30衰减频带：

）

转矩指令波形消振滤波器的效果（图3.4.1（e）

/减速功能的设定④精细加控制时，可以设定高的位置环增益和高的速度环增益。

因此，当指定HRV2使用伺服

/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，可以使用精细加较大的加/8的倍数。

减速功能。

但要确保精细加/减速的时间常数为减速的参数设定][精细加/

）：

），No1951#6（15iNo2007#6（16i减速功能生效）1（使精细加/

6

No2209#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“高高精加工的伺服参数调整步骤”。

/速

]前馈参数的设定[（15i）：

No2005#1（16i），No1883#1

1（使前馈功能生效）

15i）：

（No209216i），No1985（

9900（预读前馈系数）9700—

）：

15i16i），No1962（No2069（（速度前馈系数）近似100

⑥位置增益调整

指令的进给速度按下式计算：

（位置增益）×（位置偏差）＋（前馈量）＝指令速度因此，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

时，由于速度环的响应得到改善，可以设定比以前HRV2加工的形状误差小。

当使用伺服（大型机床或闭环控制。

80—100[1/s]高的位置增益。

对于中型加工中心机床，增益值可设的机床，如果反向间隙较大时，其增益值应该设得小一些。

）波形，以确定位置TCMD/减速时观察快速移动机床，以最大切削速度进行加工，在加期间出现急剧上升时，即为位置增益极限。

30Hz10—增益的极限。

当TCMD的波形上在。

80%然后，在极限值参数中设为其值的中设定的位置前馈系数。

位置增益确定后，应重新调整上面⑤

7

[位置增益参数的设定]

No1825（16i，15i）：

5000--10000

⑦伺服HRV3的调整

需要设定以下参数：

[HRV3参数的设定]

）：

15i（No1707#0），16i（No2013#0

功能生效）1（使HRV3

）：

No1742#1（15iNo2202#1（16i），

（使速度环增益的切削进给/快速移动切换功能生效）1

（15i）：

No2334（16i），No2747

HRV电流控制的电流环增益倍率）150（高速

电流控制，在切削进给时的速度环增益。

其值设定为HRV下列参数用于调整使用高速

0.7。

出现振荡时的]HRV3控制参数的设定[伺服）：

No274816i），（15iNo2335（电流控制的速度环增益比率）—400（高速HRV100⑸使用伺服调整软件测量机床谐振频率的方法

月的或其后的版本。

1998年8使用下述方法测量机床的谐振。

伺服软件应该用①使用伺服调整软件（SD）的准备。

作为数据位6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在调整213（偶数轴））。

数。

用数字检查板时，将DIP开关设到12（奇数轴）或控制时设。

两个伺服轴用同一个DSP（15i）为1No1746#7②设定No2206#7（16i），定这一位。

波形。

③在这种状态，在每一电流环控制周期输出TCMD

测量。

对于电流的设定，设为放大器TCMD的F9画面上各通道的设定，选择④在SD的最大电流值。

8

⑤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

个数据项HRV2:

800对于

个数据项对于HRV3:

1600⑦转动电机，记下产生异常声响时的数据。

（第一轴和第二轴的波形显示或隐的画面，使每次只显示第一轴或第二轴，⑧调整SD

控制）。

SHIFT+1和SHIFT+2藏可用键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。

此外，在F3在尖波下的刻度值乘以10即为谐振频率。

⑨此时，按CTRL+F键，置于频率分析方式。

。

0No1746#7（15i）复位为（⑩完成调整后，将No2206#716i），

3.4.1（f）谐振频率例图9

3.4.3实现高速、高精度加工的伺服参数的调整

（1）概述

本节叙述预读控制，高精度轮廓控制和AI纳米轮廓控制及按进给速度差值CNC进行加/减速时确定伺服参数的步骤。

（2）标准设定

开始实际调整之前，先设定表3.4.3（a）的默认参数。

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，要设定插补后的加/减速参数。

高精度加工的标准参数/高速3.4.3（a）表．

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*1

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。

减速。

在批量传送程序数据时，/减速，而使用CNC的插补后直线加*2不使用精细加//减速。

不要使用精细加/减速，而使用CNC软件的插补后直线加—减速实现高速定位，需要的时间常数约为/40*3对于快速移动，用带前馈的精细加快速移动切换功能。

。

此时，可使用精细加/减速的切削进给/64ms10

（3）速度增益的调整

按3.3.1节“增益调整步骤”调整速度环的增益。

在可能的条件下使用伺服HRV2控制。

[调整目的]

使用尽可能高的速度环增益，可以获得以下效果：

●改善伺服的刚性

●改善伺服的响应

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。

高的速度环增益可改善高速、高精度加工以及高速定位的性能。

为了设定稳定的速度环高增益，使用速度环的比例项高速处理功能是非常有用的。

正

如下面例中所述，高速、高精度加工的效果取决于允许的速度环最大增益值。

）前馈系数的调整（加工圆弧R10/进给F4000（4）调整目的][（位置偏差）×（位置在通常无前馈控制的位置控制回路中，按下式输出速度指令：

环增益）。

这就是说，只有在机床的指令位置和实际位置有误差时机床才能移动。

例如，当位置

。

对于直线插补，位置偏5.56mm进给速度为10m/min时，其位置偏差为30[1/s]增益为，

差不会造成零件的形状误差。

但在加工圆弧或拐角时，就会造成大的形状误差。

的位置指令变为有补偿功能CNC消除位置偏差的有用功能是位置前馈。

前馈功能是将

），因此，可使圆弧或拐角的形状误差大大0的速度指令。

前馈可减小位置偏差（理论上为减小。

但是，伺服响应性能的改善，有可能使机床出现冲击。

/减速功能。

为避免这一情况，必须同时使用插补前的加11

[值的调整方法]

理论上，前馈系数100%时的位置偏差为0，消除了形状误差。

但是，实际上，有速度环的响应时滞。

所以，稍小于100%的值可加工出指令的形状。

通常，最佳值为95%--99%（设9500--9900）。

默认值为9800。

首先在加工圆弧时进行观察调整前馈系数（开始调整前先设定速度环的前馈系数为50%）。

[实际调整]

编制加工圆（R10/F4000）的下列程序，用调试软件RD测量加工时的刀具运动轨迹。

程序中的G08P1和P08P0是16系统的起动和结束预读控制的G代码。

实际加工使用的方式，可在表3.4.3（b）中选择。

3.4.3（b）预读控制方式的起动与结束代码表

12

在图3.4.3（a）中，前馈系数不足，造成了径向误差约5μm（减小）。

而且速度增益低，造成形状变形且有过象限突起。

调整前馈系数后，如图3.4.3（b）所示，径向误差可减小接近于0。

图3.4.3（a）前馈调整图3.4.3（b）前馈调整

速度增益：

100%速度增益：

100%

预读前馈系数：

95%预读前馈系数：

98%

FAD时间常数：

24ms（线性）FAD时间常数：

24ms（线性）

上图中，使用的速度环增益低。

若使用高增益，如图3.4.3（c），变形和过象限的突起将减小。

将速度增益增加到极限值的70%--80%，微调前馈系数，且使用过象限突起补偿功能（反向）。

3.4.3（d）间隙的加速功能），以减小过象限的突起，从而改善正圆度（图

速度环增益的效果图3.4.3（d）图3.4.3（c）速度环增益的效果

300%速度环增益：

速度环增益：

200%99%预读前馈系数：

预读前馈系数：

98%

24msFAD时间常数：

时间常数：

FAD24ms

1/4圆弧的方形工件）（5）速度环前馈系数的调整（用4角有调整步骤][前馈可减小位置偏差和加工形状误差。

若速度环对速度指令的响应低，速度控制就不

能按指令速度所要求的大的加速度运行，因此造成了加工形状误差。

速度环的响应可用增加速度环增益和调整速度环前馈系数来改善。

13

速度前馈是将速度指令的一部分（速度指令乘以适当的系数）送给电流环对转矩指令进行补偿。

在速度环（PI控制），只是在指令速度与实际速度不同时（有速度偏差）才有补偿转矩。

另外，速度前馈是根据以前指定的加速度值进行转矩指令的补偿。

用速度前馈可以减小由于速度环的时滞造成的形状误差。

[前馈系数值的调整方法]

可用下列公式。

但在实际调整中，开始时的速度前馈系数用100。

（速度环的前馈系数）＝100×（电机的转子惯量＋负载惯量）／电机的转子惯量

[实际调整]

用4角有圆弧（半径5mm）的方形工件进行速度前馈系数的调整。

调整时，应使按圆弧半径箝制进给速度的功能无效（该功能无效后，或如下例，要保证进给速度等于或高于

可以指定的F4000）。

程编形状图3.4.3（e）

键，以显示基准形状。

执行程序并测量实际运行轨迹。

于是，在同一图上画P按大写字符出下面所示的实际轨迹和基准轨迹。

14

图3.4.3（f）指令轨迹和实际轨迹

当预读前馈无效时,在图3.4.3（f）上有几百μm的形状误差，即使在XY方式也可以看到。

但是，如果预读前馈生效，形状误差即减小，除非将误差放大很难在图形上看到。

）。

ctrlO此时，使用形状补偿方式（轮廓方式），只是为了显示而将误差放大（

。

（比例变化）设定误差的放大倍数。

在图3.4.3（g）中显示的放大倍数设为100用F3

速度前馈系数图3.4.3（h）图3.4.3（g）速度前馈系数

100%速度环增益：

速度环增益：

200%

99%预读前馈系数：

预读前馈系数：

99%

（线形）FAD时间常数：

24msFAD时间常数：

24ms（线形）

X100%速度前馈系数：

速度前馈系数：

0%

中未指令速度前馈系数，所以，在加速度大的地方轴的运动就有时滞。

其3.4.3（g）在图

3.4.3（h）结果，在直线与圆弧的相交处有过象限突起；在圆弧与直线的相交处有缺口。

在图轴加速度变轴的响应得到了改善。

可以看到，沿X上，只在X轴设定了速度前馈系数，X化大的地方加工形状得到了改善。

15

图3.4.3（i）中指定了过大的速度前馈系数，因此，图3.4.3（g）中的突起变为缺口；缺口变为突起。

这就是说，的确存在最佳的速度前馈系数，其值小于图3.4.3（i）的设定值。

图3.4.3（j）是为了显示目的而将误差放大后的图形。

3.4.3（k）表示了设定最佳值的实际结果。

图

图3.4.3（i）前馈调整图3.4.3（j）前馈调整

速度增益：

100%速度增益：

100%

预读前馈系数：

99%预读前馈系数：

99%

FAD时间常数：

24ms（线性）FAD时间常数：

24ms（线性）

速度增益系数：

X200%，Y200%速度增益系数：

X120%，Y180%

在放大后的图形上可以看到，机床在圆弧部分有振荡。

为了减小这种振荡，可以使用两种方法。

一种是增加速度环的增益（此方法不能用在速度增益已加大到振荡极限的增益）；另一方法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，如3.4.3（6）节中所述。

图3.4.3（k）速度前馈的调整

圆弧区域的变形可以用增加速度增益值使其变小（图3.4.3（l））。

但是，在直线与圆弧相交处的形状误差不能完全消除。

变形还可以用细调速度的前馈

系数或使用按圆弧半径箝制进给速度功能（3.4.3（6）节中叙述）进一步减小。

16

速度前馈的调整图3.4.3（l）

300%速度增益：

99%预读前馈系数：

24ms（线性）FAD时间常数：

，Y180%速度增益系数：

X120%按圆弧半径的进给速度箝制参数的调整（6）][调整目的

如前所述，速度环前馈系数的调整可以改善速度环的响应延时，从而减小了加速度变

化大的区域的形状误差。

但是，只靠速度前馈不能完全消除加工的形状误差。

而且，如果机床的刚性低，机床可能由于加速度的变化而振动。

为了减小加速度大的区域的加速度的变化，应减小目标方向的指令进给速度。

加工时

（预读控制），按圆弧半径箝制进给速度的功能可实现对进给速度的控制（减小）。

对该功能的参数进行调整，可以找到机床允许的垂直方向的加速度值。

如下所述，该值可用于设定高精度轮廓控制（连续小程序段）中“根据加速度降低进给速度”的参数的基准。

17

上图中，R是圆弧半径，F是进给速度。

则垂直方向（径向）的加速度为F2/R。

按半径箝制进给速度功能指定R和F做为确保径向方向的加速度不超过指令值的参数。

例如，指令R=5mm，F=4000mm/min作为按圆弧半径箝制进给速度功能的参数，则圆弧的径向加速度为：

F2/R=（4000/60）2/5=889mm/sec2

当用高精度轮廓控制时，要设定同样的加速度值作为小程序段按加速度限制进给速度功能的参数。

上例中，若切削的进给速度为F4000（mm/min），则要求达到这一速度的时间计算如下：

4000/60/889*1000=75msec

当用圆弧半径箝制进给速度功能减小了沿圆弧的进给速度时，加工的形状精度就可以得到改善。

但是此时的负面效果是：

要求的加工时间