王東斌

（江蘇安全技術(shù)職業(yè)學(xué)院，江蘇徐州221011）

FANUC-18i加工中心伺服系統(tǒng)的優(yōu)化

王東斌

（江蘇安全技術(shù)職業(yè)學(xué)院，江蘇徐州221011）

基于FANUC18i伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的伺服優(yōu)化技術(shù)，通過對各進(jìn)給軸的伺服PI參數(shù)的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的最佳匹配，并通過調(diào)試同步誤差補(bǔ)償參數(shù)，減少因機(jī)械系統(tǒng)的缺陷而引起的輪廓誤差。

伺服系統(tǒng)；優(yōu)化技術(shù)

隨著高性能加工中心越來越普及，強(qiáng)力切削、干切削使用越來越廣泛，在滿足機(jī)床高的加工精度要求下，對加工中心伺服系統(tǒng)提出更高的要求。加工中心作為裝備制造業(yè)的工作母機(jī)，有較高的加工精度和適用性，在裝備制造類企業(yè)應(yīng)用廣泛。伺服系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置和參數(shù)優(yōu)化能夠提高加工中心工作效率，在現(xiàn)有條件下發(fā)揮機(jī)床潛力提高生產(chǎn)效率。目前，加工中心型號和系統(tǒng)種類繁多，大部分機(jī)床伺服系統(tǒng)參數(shù)保持出廠默認(rèn)設(shè)置，因而加工中心在很大程度上尚未達(dá)到最優(yōu)性能。本文主要研究FANUC18i-MA加工中心伺服系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置，利用PI控制器調(diào)整優(yōu)化參數(shù)提高機(jī)床加工效率和加工精度。

1 伺服系統(tǒng)參數(shù)調(diào)試

由于大部分機(jī)床伺服系統(tǒng)默認(rèn)出廠設(shè)置，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，為提高機(jī)床的加工性能和制造精度，可以對機(jī)床系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)試。通過伺服參數(shù)優(yōu)化設(shè)置，可以達(dá)到機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)更好地協(xié)同，還可以對由于機(jī)械傳動(dòng)引起的誤差進(jìn)行誤差補(bǔ)償[1]。研究機(jī)床伺服系統(tǒng)是一項(xiàng)綜合系統(tǒng)項(xiàng)目，電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)各種參數(shù)互相關(guān)聯(lián)，參數(shù)設(shè)置不合理會(huì)影響機(jī)床正常運(yùn)行甚至出現(xiàn)故障隱患，合理優(yōu)化參數(shù)設(shè)置十分重要。

本次伺服系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化流程是利用FANUC18i-MA伺服系統(tǒng)說明書，調(diào)整三個(gè)坐標(biāo)軸伺服參數(shù)，然后在伺服調(diào)試工具Servo Guide里面改變電流增益驗(yàn)證效果，達(dá)到提高機(jī)床切削性能并改善系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間的目的。

在FANUC18i-MA加工中心系統(tǒng)操作面板MDI檔位，按下system系統(tǒng)軟鍵進(jìn)入系統(tǒng)參數(shù)信息界面。將伺服電機(jī)規(guī)格碼“243”加50即293填入電機(jī)代碼方框中，機(jī)床重啟上電后設(shè)置伺服系統(tǒng)參數(shù)[2]。

修改N02003，N02005，N02007，N02009，N02013五個(gè)段落PI控制器參數(shù)及參考注釋如下：

N02003 A1 P 00101100 A2 P 00101100 A3 P 00101100

設(shè)置加速功能有效

N02005 A1 P 00000010 A2 P 00000010 A2 P 00000010

設(shè)置位置反饋功能有效

N02007 A1 P 01000000 A2 P 01000000 A3 P 01000000

設(shè)置精密加減速有效

N02009 A1 P 11000000 A2 P 11000000 A3 P 11000000

設(shè)置切削進(jìn)給中反沖加速功能有效

N02013 A1 P 00000001 A2 P 00000001 A3 P 00000001

設(shè)置反沖加速停止功能有效

通過修改以上五個(gè)段落PI控制器參數(shù)，能夠提高系統(tǒng)的快速響應(yīng)時(shí)間和系統(tǒng)穩(wěn)定性，還可以部分消除內(nèi)部干擾。另一方面改善伺服系統(tǒng)剛度，提高系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性。

N02003段速度環(huán)和N02005段位置環(huán)的關(guān)系相輔相成，速度環(huán)增益可以提高機(jī)床效率和性能，位置環(huán)增益可以提高機(jī)床加工精度和效率。由于機(jī)床機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，速度環(huán)和位置環(huán)增益過大，也會(huì)使電機(jī)噪聲增大，從而引發(fā)機(jī)床振動(dòng)，甚至嚴(yán)重的可以造成機(jī)床系統(tǒng)故障。速度環(huán)增益伺服系統(tǒng)默認(rèn)值為100，在保持機(jī)床加工運(yùn)行平穩(wěn)狀態(tài)下可以適當(dāng)增大，最大值不要超過600；位置環(huán)增益默認(rèn)值值為3000，在保持機(jī)床加工運(yùn)行平穩(wěn)狀態(tài)下可以適當(dāng)增大，建議最大不要超過6000.參數(shù)設(shè)置完成后，觀察從機(jī)床靜止?fàn)顟B(tài)下到高速運(yùn)行狀態(tài)，各軸電機(jī)和機(jī)械部件正常運(yùn)行無明顯振動(dòng)，機(jī)床噪聲正常，說明前面優(yōu)化設(shè)置參數(shù)合理。

參數(shù)設(shè)置中需要注意的是，加工中心機(jī)床各軸速度環(huán)和位置環(huán)調(diào)試輸入數(shù)值要求統(tǒng)一數(shù)量值，避免加工中心在做圓弧或者斜線插補(bǔ)時(shí)出現(xiàn)軌跡偏差。

2 伺服系統(tǒng)參數(shù)調(diào)試驗(yàn)證

針對上述對加工中心伺服參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，通過FANUC18i-MA伺服調(diào)試工具Servo Guide對伺服系統(tǒng)調(diào)試前后機(jī)床運(yùn)行的實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行圓周測試。調(diào)試電流環(huán)增益，保持機(jī)床運(yùn)行平穩(wěn)，機(jī)床振動(dòng)狀態(tài)可控狀態(tài)下，逐步提高積分增益比例直至電機(jī)發(fā)生微弱的噪聲，然后再通過積分增益系數(shù)調(diào)節(jié)以消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。

圖1是速度環(huán)100位置環(huán)3000，插補(bǔ)半徑為10 mm進(jìn)給速度為2 000 mm/min時(shí)測得圖象，圖中刻度單位10 μm，理想圓小并且曲線尖峰值過大；圖2是速度環(huán)500位置環(huán)6000，插補(bǔ)半徑為10 mm進(jìn)給速度為2000 mm/min時(shí)測得圖象，圖中刻度單位5 μm曲線尖峰值較小，圓弧過渡較為平順，實(shí)際插補(bǔ)軌跡顯示與理想軌跡較為接近，實(shí)現(xiàn)機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的最佳匹配。

圖1 調(diào)試前圓周測試

圖2 調(diào)試后圓周測試

從調(diào)試前后Servo Guide的圓周測試結(jié)果對比可以看出，調(diào)試后機(jī)床曲線尖峰誤差得到了較大程度改善，但并未完全消除。造成調(diào)試后機(jī)床仍存在一定程度誤差的原因，分析誤差產(chǎn)生原因：一方面是由于閉環(huán)控制系統(tǒng)需要誤差補(bǔ)償來減小誤差；另一方面是機(jī)械傳動(dòng)過程中滾珠絲杠螺母副及各坐標(biāo)軸安裝接觸中存在一定間隙。

[1]羅敏．典型數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)一FANUC篇[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009．

[2]FANUC公司．FANUC Series 16i/18i，MODEL A參數(shù)說明書（B-63950CM/02）[Z].2005.

FANUC-18i Based Servo Optimization Technique Of Machining Center

WANG Dong-bin
（Jiangsu College of Safety Technology，Xuzhou Jiangsu 221011，China）

Optimization of servo servo drive system based on FANUC18i technology,through the optimization of PI parameters of the servo feed shaft，to achieve the best match of mechanical drive system and motor system，and through debugging the synchronization error compensation parameters，reduce the contour error caused by the defects of the mechanical system.

servo system；optimization technique

TG659

B

1672-545X（2016）11-0143-02

2016-08-28

王東斌（1980-），男，江蘇徐州人，講師，碩士，研究方向：數(shù)控技術(shù)，CAD/CAM。