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发那科系统数控机床振动相关参数及加工精度研究
作者：高博 刘洋
来源：《信息技术时代·中旬刊》2018年第02期
摘要：FANUC系统数控机床在加工过程中，出现机床振动，导致加工效果达不到要求，通过对伺服进行调试，可以有效的改善机床的振动，提高加工效果。在调整的过程中，要研究增益与加减速的变化所带来的形状误差与振动之间的关系。从而有效的降振提高加工质量。 关键词：振动；增环；三环 引言
发那科系统提供了解决机床振动的方案，可以通过机床自带的功能和外部软件进行配置，我们通过对相关原理和参数配置的研究，来达到提高加工精度降低机床振动的目的。 1 伺服控制原理
发那科系统将伺服三环控制集成在NC的轴卡上，通过接收NC所发出的指令，经轴卡的三环处理后输出至放大器，驱动电机运行。位置环、速度环、电流环的三环控制，按照先后顺序为位置环——速度环——电流环，而进行伺服调整的顺序恰恰相反，从电流环到速度环，最后到位置环。 1.1 位置环：
其中比例项K，即参数No.1825位置增益，单位：0.01/S；误差寄存器，即诊断300号参数中的跟随误差设定值=指令脉冲-反馈脉冲；跟随误差的定义值=速度/位置增益。位置差产生速度输出。调整时应注意，插补轴位置增益应一致，提升位置增益可以提升加工精度。但位置增益过高容易在准停时过冲。高增益的同时，保证平稳运行，是我们调整的方向。 1.2 速度环、电流环：
其中误差放大器对应的参数为No.2021负载惯量比，它也是速度增益调整中的关键参数。No.2021=（负载惯量/电机惯量）*256；速度增益（%）=（1+No.2021/256）*100%；适合的速度增益，会提升相应的加减速，从而提升效率节拍和加工光洁度。通常负载大的轴对应的负载惯量比大。若机床的速度增益显著降低，仍然出现振动，原因很可能是机床的机械性能不佳。 1.3 加减速功能
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加减速功能具有下面2个功能：一、插补后加速度，主要通过轴卡实现。二、插补前加速度，主要通过NC实现。所对应的参数No.1420快速进给速度（mm/min）、No.1620快速进给直线形加减速时间常数（ms）；由于加速度急剧变化，容易出现冲击。如何减少对机械系统的冲击，可以采用插补后快速进给钟形加减速控制，与快速进给时的加减速控制为直线形的情况相比，由于加减速动作开始与结束时的速度变化是平滑的，所以对机械系统的冲击要比直线型加减速小。但是加速度G00运行（快速进给运行）时，优先考虑冲击，尤其是大型机床，快速运行，主要考虑冲击，时间常数设定的过小，则冲击太大；时间常数设定的过大，加速太慢，效率又过低。可以通过在伺服调整界面观察电流值和伺服位置误差DGN300的值。 切削进给时，为了在程序段与程序段连接处对切削面没有影响，需要进行平滑加减速，所以通常采用指数函数形加减速。
直线形加减速的特点：缩短加减速时间，减小形状误差。机械冲击大，相对而言精度好，光度差；钟形加减速的特点：平滑加减速，减少机械冲击，时间长，带来形状误差，加工效果好。相对而言精度差，光度好。对于OID系统而言，#1（CTB）1：插补后切削进给的加减速为钟形加减速#0（CTL）1：插补后切削进给的加减速为直线形加减速切削和快速的区别：切削的速度较快速移动低，所以不容易造成冲击，故调整的侧重点主要考虑平稳性，和快速移动稍有不同。
1.4 针对速度环的PI与IP控制
考虑到各种各样机械系统的需要，在速度控制方面设计了I-P控制和P-I控制两种控制方式。P：是Proportion（比例）的缩写；I：是Integral（积分）的缩写。I-P控制结构：先积分后比例；P-I控制结构：先比例后积分。 2 手动伺服设定 2.1 速度增益调整：
其中的速度增益相关的是系统No.2021号参数，速度增益=（电机惯量+负载惯量）/电机惯量*100
例如：伺服電机ais8/4000的惯量：0.0012Kgm*m；负载惯量：0.0020 Kgm*m； 速度增益=（0.0012+0.0020）/0.0012 *100=267
设定值是假定电机与机床处于刚性联结（完全连接）的状态。实际机床因刚性、摩擦、间隙等因素影响，往往与计算值有出入。电机不带负载时负载惯量为零，理论设定值为100。先设定速度增益为100（参数2021=0），每次增加100（或50），具体要根据电机大小和负载决定。直到电机出现振动。此时停止增大增益。一般情况下，设定值为此时设定值的70%。
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2.2 位置增益调整：
进行插补的各个伺服轴位置环增益必须设定一致，只做定位控制的伺服轴位置环增益可以不同。位置环增益手动调整，对于位置环增益，直接影响工作的精度，半闭环建议设定为5000，全闭环推荐值3000。如机床不振动可参照此数值设定，如有振动可适当减小。 3 基于系统的伺服一键设定
AICC功能是选配功能，（AI High Precision contour control），按下system-扩展?-参数设定-AICC调整?-操作，可使用自动初始设定；选择初始化，然后执行，则当前精度等级的相应参数由系统自动设定。通过加工程序中的AI轮廓控制方式选择，设定重视速度、重视精度的参数集，通过在加工时指定适合加工条件的精度级，即可自动计算符合条件的参数，以满足加工的需要。使用方法：设定好1级和10级的参数之后，可以在程序中指定1-10级中任意一级加工精度，参数由系统自动计算。 G05.1 Q1 Rx； x：等级1-10 G08 P1 Rx； x：等级1-10 4 应用
公司现有某加工中心一台，在加工零件的过程中，出现振纹，通过研究，我们将相关参数进行了优化，将加速度的时间参数，和速度环增益进行了调整，振纹有了很大的减轻，得到了很好的效果。 参考文献
[1]王杰.FANUC伺服调整原理和技术特点.电工技术杂志2012
作者简介：高博（1981.10—），男，黑龙江哈尔滨市人，本科学历，中国航发哈尔滨东安公司，研究方向：数控设备维修；
刘洋（1986.05—），男，黑龙江佳木斯市人，研究生学历，中国航发哈尔滨东安公司，研究方向：机加焊接。