FANUC數(shù)控系統(tǒng)伺服驅(qū)動(dòng)優(yōu)化在數(shù)控機(jī)床上的運(yùn)用

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(jì)、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(dòng)優(yōu)化工作對(duì)加強(qiáng)機(jī)床加工效能有著重要意義?；诖?，本文首先介紹FANUC系統(tǒng)的特點(diǎn)，分析伺服驅(qū)動(dòng)優(yōu)化的原理，進(jìn)而提出了在數(shù)控機(jī)床中伺服驅(qū)動(dòng)優(yōu)化的應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞]FANUC數(shù)控系統(tǒng);伺服驅(qū)動(dòng);數(shù)控機(jī)床;運(yùn)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(duì)應(yīng)軸的機(jī)械位移，在軸位移當(dāng)中，良好的動(dòng)態(tài)特性、運(yùn)行穩(wěn)定性是伺服驅(qū)動(dòng)高效運(yùn)行的關(guān)鍵。伺服驅(qū)動(dòng)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(yùn)作的動(dòng)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(jī)床以及生產(chǎn)機(jī)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(jī)床生產(chǎn)當(dāng)中，以FANUC數(shù)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)，加強(qiáng)該系統(tǒng)的伺服驅(qū)動(dòng)優(yōu)化工作，可以進(jìn)一步發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的效能，保障生產(chǎn)精度、效率、質(zhì)量、成本。加強(qiáng)FANUC數(shù)控系統(tǒng)伺服驅(qū)動(dòng)優(yōu)化的研究有著重要意義。

一、FANUC數(shù)控系統(tǒng)的特點(diǎn)

（一）剛性攻絲

主軸控制回路作為位置閉環(huán)控制，主軸電機(jī)旋轉(zhuǎn)、攻絲軸同步運(yùn)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(dòng)生成刀具切削路徑。系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)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(bǔ)

圓柱插補(bǔ)功能可以實(shí)現(xiàn)圓柱槽的切削，按照?qǐng)A柱表面展開圖進(jìn)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(jì)圖上指定這些尺寸，從而簡化機(jī)床加工程序編程環(huán)節(jié)。

二、伺服驅(qū)動(dòng)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(gè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)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(dòng)核心部位，所以速度環(huán)也是驅(qū)動(dòng)優(yōu)化的重點(diǎn)內(nèi)容。在伺服驅(qū)動(dòng)優(yōu)化當(dāng)中，其關(guān)鍵一環(huán)是提升速度環(huán)動(dòng)態(tài)特性，想要提高動(dòng)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(shí)間常數(shù)。

（二）數(shù)控機(jī)床中伺服驅(qū)動(dòng)優(yōu)化的步驟

在調(diào)試機(jī)床當(dāng)中，數(shù)控系統(tǒng)會(huì)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(duì)保守的參數(shù)。對(duì)于立式加工中心來說，其伺服驅(qū)動(dòng)優(yōu)化需要對(duì)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(jī)端輸人一個(gè)噪音信號(hào)，并且該信號(hào)具有很寬的頻率，之后檢查輸出端反饋信號(hào)，結(jié)合二者之間的關(guān)系繪制成一個(gè)輸人、輸出的平面圖。為了提高計(jì)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(hào)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(shí)際圖形中，由于會(huì)受到客觀因素影響，勢必會(huì)存在著一些偏差。采用servo guide軟件對(duì)圖形畫面各個(gè)軸進(jìn)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(gè)軸的高頻振動(dòng)點(diǎn)、剛性余量、系統(tǒng)響應(yīng)頻寬?？梢圆捎肨CMD濾波器抑制低頻振動(dòng)、采用田丈V濾波器來消除高頻振動(dòng)。在消除共振點(diǎn)的基礎(chǔ)上，即可將速度增益設(shè)置得更高。之后，需要對(duì)頻率相應(yīng)重新測量，多次重復(fù)進(jìn)行，直到最終參數(shù)符合機(jī)床運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)即可。

如在數(shù)控機(jī)床運(yùn)行當(dāng)中，機(jī)床伴有刺耳的尖叫聲，此類現(xiàn)象就是機(jī)床共振造成的結(jié)果。此時(shí)可以檢測Y軸靜態(tài)頻率響應(yīng)曲線圖確認(rèn)。機(jī)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(jī)床運(yùn)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(huì)運(yùn)行這些程序，通過圖形畫面采集相關(guān)數(shù)據(jù)并對(duì)最終處理信號(hào)分析。如果顯示的圓弧變形，很有可能是因?yàn)楸诚堆a(bǔ)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(shí)可以設(shè)定前饋系數(shù)，并通過前饋功能減少因?yàn)樗欧到y(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(jìn)行調(diào)節(jié)。

結(jié)語

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

參考文獻(xiàn)：

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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.