譚偉

[摘要]FANUC數(shù)控系統(tǒng)，是日本FANUC公司提出的數(shù)控系統(tǒng)，是集科研、設(shè)計、制造于一體的綜合性系統(tǒng)。在FANUC數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用當(dāng)中，做好伺服驅(qū)動優(yōu)化工作對加強機床加工效能有著重要意義。基于此，本文首先介紹FANUC系統(tǒng)的特點，分析伺服驅(qū)動優(yōu)化的原理，進而提出了在數(shù)控機床中伺服驅(qū)動優(yōu)化的應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞]FANUC數(shù)控系統(tǒng);伺服驅(qū)動;數(shù)控機床;運用;優(yōu)化

引言

數(shù)控系統(tǒng)主要的功能是將所編制的數(shù)控技術(shù)程序轉(zhuǎn)變成為對應(yīng)軸的機械位移，在軸位移當(dāng)中，良好的動態(tài)特性、運行穩(wěn)定性是伺服驅(qū)動高效運行的關(guān)鍵。伺服驅(qū)動優(yōu)化的根本目標(biāo)就是在現(xiàn)有基礎(chǔ)上提高系統(tǒng)運作的動態(tài)性。而FANUC公司所提出的數(shù)控系統(tǒng)具有高性能、高質(zhì)量、全功能的優(yōu)勢，廣泛適用于各類機床以及生產(chǎn)機械的特性，在市場中的占有率遠(yuǎn)超過其他數(shù)控系統(tǒng)的市場占有率。在數(shù)控機床生產(chǎn)當(dāng)中，以FANUC數(shù)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)，加強該系統(tǒng)的伺服驅(qū)動優(yōu)化工作，可以進一步發(fā)揮數(shù)控機床的效能，保障生產(chǎn)精度、效率、質(zhì)量、成本。加強FANUC數(shù)控系統(tǒng)伺服驅(qū)動優(yōu)化的研究有著重要意義。

一、FANUC數(shù)控系統(tǒng)的特點

（一）剛性攻絲

主軸控制回路作為位置閉環(huán)控制，主軸電機旋轉(zhuǎn)、攻絲軸同步運行，從而保障攻絲的精度、速度。

（二）復(fù)合加工循環(huán)

復(fù)合加工循環(huán)能夠根據(jù)簡單的指令自動生成刀具切削路徑。系統(tǒng)會自動定義工件的輪廓，生成多次粗車的刀具路徑，讓車床編程復(fù)雜性大大降低。

（三）圓柱插補

圓柱插補功能可以實現(xiàn)圓柱槽的切削，按照圓柱表面展開圖進行編程處理。

（四）直接尺寸編程

直接尺寸編程可以直接指定相關(guān)尺寸，包括傾角、倒角、轉(zhuǎn)角半徑等，可以在零件設(shè)計圖上指定這些尺寸，從而簡化機床加工程序編程環(huán)節(jié)。

二、伺服驅(qū)動優(yōu)化原理與步驟

（一）優(yōu)化原理

優(yōu)化原理如圖1：

位置環(huán)作為一個內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對簡單的比例調(diào)節(jié)器，所以在調(diào)節(jié)中比較簡單、方便。速度環(huán)和電流環(huán)主要是由比例積分調(diào)節(jié)器構(gòu)成，是驅(qū)動核心部位，所以速度環(huán)也是驅(qū)動優(yōu)化的重點內(nèi)容。在伺服驅(qū)動優(yōu)化當(dāng)中，其關(guān)鍵一環(huán)是提升速度環(huán)動態(tài)特性，想要提高動態(tài)特性的重要一環(huán)是提升速度環(huán)比例環(huán)節(jié)增益，減少積分環(huán)節(jié)時間常數(shù)。

（二）數(shù)控機床中伺服驅(qū)動優(yōu)化的步驟

在調(diào)試機床當(dāng)中，數(shù)控系統(tǒng)會默認(rèn)地給出一組軸的參數(shù)，但是默認(rèn)參數(shù)都是相對保守的參數(shù)。對于立式加工中心來說，其伺服驅(qū)動優(yōu)化需要對各軸頻率響應(yīng)、圓度測試。其主要表現(xiàn)在：

1.頻率響應(yīng)

簡單來說，頻率響應(yīng)就是讓電機端輸人一個噪音信號，并且該信號具有很寬的頻率，之后檢查輸出端反饋信號，結(jié)合二者之間的關(guān)系繪制成一個輸人、輸出的平面圖。為了提高計算的便捷性，可以選擇波特圖形式顯示。圖上部分代表輸出、輸人數(shù)值比，圖下部分表示輸人、輸出信號相位差。最為理想的結(jié)果是輸出、輸人幅值相等，相位差一。，但是在實際圖形中，由于會受到客觀因素影響，勢必會存在著一些偏差。采用servo guide軟件對圖形畫面各個軸進行測定，得出頻率響應(yīng)之后，結(jié)合相應(yīng)曲線圖分析每個軸的高頻振動點、剛性余量、系統(tǒng)響應(yīng)頻寬。可以采用TCMD濾波器抑制低頻振動、采用田丈V濾波器來消除高頻振動。在消除共振點的基礎(chǔ)上，即可將速度增益設(shè)置得更高。之后，需要對頻率相應(yīng)重新測量，多次重復(fù)進行，直到最終參數(shù)符合機床運行標(biāo)準(zhǔn)即可。

如在數(shù)控機床運行當(dāng)中，機床伴有刺耳的尖叫聲，此類現(xiàn)象就是機床共振造成的結(jié)果。此時可以檢測Y軸靜態(tài)頻率響應(yīng)曲線圖確認(rèn)。機床共振可以采用濾波器參數(shù)調(diào)節(jié)方法抑制，這樣即可消除機床運行的尖叫聲。通過增設(shè)了Y軸濾波器之后，所采集的圖形曲線更加平穩(wěn)。

2.圓度測試

打開servo guide軟件程序畫面即可生成測試程序，并把主程序、子程序等發(fā)送到數(shù)控系統(tǒng)當(dāng)中，數(shù)控系統(tǒng)會運行這些程序，通過圖形畫面采集相關(guān)數(shù)據(jù)并對最終處理信號分析。如果顯示的圓弧變形，很有可能是因為背隙補償造成的結(jié)果，可在測試之前調(diào)整參數(shù)。如果圓弧半徑存在著較大的誤差，此時可以設(shè)定前饋系數(shù)，并通過前饋功能減少因為伺服系統(tǒng)跟蹤延遲造成的誤差。如果象限存在著凸起、過切問題，則可以采用速度增益、背隙加速進行調(diào)節(jié)。

結(jié)語

綜上所述，在數(shù)控機床生產(chǎn)中，應(yīng)用伺服驅(qū)動優(yōu)化能夠讓FANUC數(shù)控系統(tǒng)和機床特性更加匹配。通過伺服驅(qū)動優(yōu)化實現(xiàn)彌補、抑制，從而改善機床的加工性能，保障工件生產(chǎn)質(zhì)量。

參考文獻：

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[2]黃玉潔.基于FANUC數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控車床的伺服系統(tǒng)研究及優(yōu)化[D].東南大學(xué)，2016.