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）

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)動系統(tǒng)的伺服優(yōu)化技術(shù)，通過對各進給軸的伺服PI參數(shù)的優(yōu)化，實現(xiàn)機械傳動系統(tǒng)和運動系統(tǒng)的最佳匹配，并通過調(diào)試同步誤差補償參數(shù)，減少因機械系統(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，強力切削、干切削使用越來越廣泛，在滿足機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，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，大部分機床伺服系統(tǒng)參數(shù)保持出廠默認設(shè)置，因而加工中心在很大程度上尚未達到最優(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

由于大部分機床伺服系統(tǒng)默認出廠設(shè)置，在實際生產(chǎn)過程中，為提高機床的加工性能和制造精度，可以對機床系統(tǒng)參數(shù)進行調(diào)試。通過伺服參數(shù)優(yōu)化設(shè)置，可以達到機械傳動系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)更好地協(xié)同，還可以對由于機械傳動引起的誤差進行誤差補償[1]。研究機床伺服系統(tǒng)是一項綜合系統(tǒng)項目，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)置不合理會影響機床正常運行甚至出現(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)整三個坐標軸伺服參數(shù)，然后在伺服調(diào)試工具Servo Guide里面改變電流增益驗證效果，達到提高機床切削性能并改善系統(tǒng)響應(yīng)時間的目的。

在FANUC18i-MA加工中心系統(tǒng)操作面板MDI檔位，按下system系統(tǒng)軟鍵進入系統(tǒng)參數(shù)信息界面。將伺服電機規(guī)格碼“243”加50即293填入電機代碼方框中，機床重啟上電后設(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

通過修改以上五個段落PI控制器參數(shù)，能夠提高系統(tǒng)的快速響應(yīng)時間和系統(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)增益可以提高機床效率和性能，位置環(huán)增益可以提高機床加工精度和效率。由于機床機械傳動結(jié)構(gòu)的特點，速度環(huán)和位置環(huán)增益過大，也會使電機噪聲增大，從而引發(fā)機床振動，甚至嚴重的可以造成機床系統(tǒng)故障。速度環(huán)增益伺服系統(tǒng)默認值為100，在保持機床加工運行平穩(wěn)狀態(tài)下可以適當增大，最大值不要超過600；位置環(huán)增益默認值值為3000，在保持機床加工運行平穩(wěn)狀態(tài)下可以適當增大，建議最大不要超過6000.參數(shù)設(shè)置完成后，觀察從機床靜止狀態(tài)下到高速運行狀態(tài)，各軸電機和機械部件正常運行無明顯振動，機床噪聲正常，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時出現(xiàn)軌跡偏差。

2 伺服系統(tǒng)參數(shù)調(diào)試驗證

針對上述對加工中心伺服參數(shù)進行了優(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)試前后機床運行的實際狀態(tài)進行圓周測試。調(diào)試電流環(huán)增益，保持機床運行平穩(wěn)，機床振動狀態(tài)可控狀態(tài)下，逐步提高積分增益比例直至電機發(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，插補半徑為10 mm進給速度為2 000 mm/min時測得圖象，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，插補半徑為10 mm進給速度為2000 mm/min時測得圖象，圖中刻度單位5 μm曲線尖峰值較小，圓弧過渡較為平順，實際插補軌跡顯示與理想軌跡較為接近，實現(xiàn)機械傳動系統(tǒng)和運動系統(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)需要誤差補償來減小誤差；另一方面是機械傳動過程中滾珠絲杠螺母副及各坐標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。