新FANUC-0i系統(tǒng)高速、高精度機(jī)床參數(shù)調(diào)整方法及步驟_

1、高速、高精度機(jī)床參數(shù)調(diào)整方法及步驟系統(tǒng):FANUC-0i版本:Ver:1.00編制:sea來自中國最大的資料庫下載威海華東數(shù)控有限公司系統(tǒng)研發(fā)中心2003年12月12日一、概述來自中國最大的資料庫下載使用銃床或加工中心機(jī)床加工高精度零件（如模具）時,應(yīng)根據(jù)實際機(jī)床的機(jī)械性能對CNC系統(tǒng)（包括伺服）進(jìn)行調(diào)整。下面根據(jù)FANUC的AC電機(jī)的參數(shù)說明書和有關(guān)資料總結(jié)其調(diào)試一般步驟和方法如下，供實際應(yīng)用中參考。對于數(shù)控車床，可以參考此調(diào)整方法。但是車床CNC系統(tǒng)無G08和G05功能，故車床加工精度（如車螺紋等）不佳時，只能調(diào)整HRV參數(shù)和伺服參數(shù)。Cs控制時還可調(diào)整主軸的控制參數(shù)。影響加工精度的因素有

2、：CNC控制單元、進(jìn)給伺服、主軸單元、機(jī)床的機(jī)械部分和加工程序。下面調(diào)整雖說是綜合調(diào)整，但有時必須調(diào)整機(jī)床，特別是有關(guān)傳動鏈部分（包括測量元件的安裝）。因為CNC系統(tǒng)對機(jī)械性能的校正與補(bǔ)償是有限度的，特別是有時為了價格方面的考慮，系統(tǒng)及伺服的選擇不恰當(dāng)。影響伺服性能（當(dāng)然也就是加工與定位精度）的機(jī)械因素除了人們熟知的之外，主要還有兩個：機(jī)械的運動慣量和測量元件的安裝（安裝位置、安裝的耦合情況、剛性等）。選購系統(tǒng)時，常常只注意電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)、轉(zhuǎn)矩、功率而忽略了電機(jī)與機(jī)械的慣量匹配，要求機(jī)械慣量應(yīng)小于電動機(jī)慣量的3倍（折算后），當(dāng)然理論上比這一要求要嚴(yán)格的多。另外，加工是實時的，所以調(diào)整時應(yīng)考慮整個系

3、統(tǒng)（包括機(jī)械）的動態(tài)性能。至于加工程序的影響，這是加工工藝和使用的編程軟件的問題。二、伺服調(diào)整畫面在進(jìn)行伺服驅(qū)動前必須先要對伺服參數(shù)進(jìn)行初始化，即根據(jù)馬達(dá)類型、系統(tǒng)類型、脈沖編碼器類型、機(jī)床螺距等確定機(jī)床驅(qū)動控制的基本參數(shù)。初始化時先置系統(tǒng)于急停狀態(tài)下！設(shè)定參數(shù)NO.3111#0=1,顯示伺服參數(shù)設(shè)定畫面。設(shè)定如下參數(shù)：初始設(shè)定位：參數(shù)2000初始化時全設(shè)0,初始化成功后#1自動為1;來自中國最大的資料庫下載電動機(jī)號：參數(shù)2020手冊；AMR:參數(shù)2001CMR:參數(shù)1820進(jìn)給變比.：參數(shù)2084,等因素決定，如10mm設(shè)1/100;移動方向.：參數(shù)2022向；速度脈沖數(shù)：參數(shù)2023位置脈

4、沖數(shù).：參數(shù)2024參考計數(shù)器：參數(shù)1821決定，如10mm設(shè)10000;查閱電機(jī)規(guī)格設(shè)0；設(shè)2;2085由絲桿螺距電機(jī)旋轉(zhuǎn)方設(shè)8192;設(shè)12500;由絲桿螺距等注：伺服參數(shù)初始化后，是FANUH個標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，一般加工沒問題，若加工模具等精度高的場合，需要結(jié)合機(jī)床特點調(diào)整相關(guān)參數(shù)，如負(fù)載慣量比，背隙等等。再進(jìn)入伺服調(diào)整畫面：SYSTEM-SV-TUN來自中國最大的資料庫下載常用于伺服調(diào)整的參數(shù)有：功能位回路增益積分增益比例增益濾波增益速度增益常用于伺服狀態(tài)診斷的參數(shù)有：14 .伺服環(huán)路增益的實際值顯示；15 .位置誤差診斷：在靜止時或以恒定速度移動機(jī)床，若位置誤差一會大一會小說明系統(tǒng)在振動；1

5、6 .電流值的%:匕：以恒定速度移動機(jī)床，電流值一會大一會小，可能絲桿有松緊；空載X、Y軸電流在2025娟正常，若超過35%屬機(jī)械裝配不好，對于Z軸電流%匕達(dá)50額上都屬正常；17 .顯示當(dāng)前實際速度。來自中國最大的資料庫下載三、一般調(diào)試方法和步驟1、 先調(diào)反向間隙只有先補(bǔ)上間隙，其他伺服調(diào)整才有效。不同的運行速度，其間隙是不一樣的，因此?？焖俸凸みM(jìn)分開補(bǔ)償，即設(shè)參數(shù)NO.1800#4=1,則參數(shù)NO.1851為工進(jìn)背隙，NO.1852為快速背隙。工進(jìn)背隙補(bǔ)償方法是：用千分表實測，先回參考點，工進(jìn)到測量點，對好表，將機(jī)床朝一個方向移動，然后用手輪朝反方向一個um一個um的移動，表針突然動了，則

6、手輪移動的值即機(jī)床背隙量。應(yīng)置工作臺或主軸于常用加工區(qū)測量背隙，同時也置于絲桿不同處測量，取一合理值?？焖俦诚堆a(bǔ)償方法：用千分表實測，先回參考點，快進(jìn)到測量點，對好表，編一個程序?qū)C(jī)床繼續(xù)朝同方向移動，然后以同樣速度回到測量點，則表針變化量即背隙量。將實測值設(shè)于CNC的系統(tǒng)參數(shù)中，并使用“反向間隙（補(bǔ)償?shù)模┘铀俟δ堋毕龣C(jī)床的反向間隙。反向間隙意味著系統(tǒng)控制的非線性，補(bǔ)償不好，會引起系統(tǒng)的振蕩，甚至無法調(diào)整。當(dāng)然，反向間隙補(bǔ)償不好，機(jī)床的定位精度、加工精度或回零都會有問題。有時，調(diào)整過程中設(shè)了不可思議的非常大的位置增益值時，多一半是因為未補(bǔ)償好反向間隙。另外，應(yīng)該把反向間隙補(bǔ)償看作動態(tài)問題來處

7、理，只用千分表測量是不夠的，應(yīng)該用伺服調(diào)試軟件觀察刀具的運動軌跡，運行加工圓的程序時，在調(diào)試軟件的XY方式應(yīng)觀察到運動軌跡接近一個正圓。無伺服調(diào)試軟件時，必須通過實際加工來觀察運動軌跡。若運動軌跡的圓度不好，須按情況修改間補(bǔ)量。止匕外，機(jī)床的反向間隙與移動速度是有關(guān)的，測試程序中應(yīng)編寫常用的加工速度。一般機(jī)床間隙也就十幾個um左右，若間隙量大于30um,應(yīng)是裝配不合理！2、 單脈沖調(diào)整在手輪進(jìn)給等的單脈沖進(jìn)給中發(fā)生過沖（移動2個脈沖退回1個脈沖）時使用此功能。單脈沖進(jìn)給時的動作如下:在積分增益PK1V穩(wěn)定的范圍內(nèi)盡可能取大值。這樣從給由1個脈沖進(jìn)給的指令到機(jī)床移動的響應(yīng)將提高。根據(jù)機(jī)床的靜摩擦

8、和動摩擦值，確定是否發(fā)生過沖：機(jī)床的動摩擦大于電動機(jī)的保持轉(zhuǎn)矩時，不發(fā)生過沖；機(jī)床的動摩擦小于電動機(jī)的保持轉(zhuǎn)矩時，發(fā)生過沖。使用不完全積分PK3V使用不完全積分PK3V調(diào)整1個脈沖進(jìn)給移動結(jié)束時電動機(jī)的保持轉(zhuǎn)矩。設(shè)定以下參數(shù)NO.2003#6=1使用過沖補(bǔ)償；NO.2045速度環(huán)增益（PK3V）,設(shè)定32300左右；NO.2077不完全積分次數(shù)（OSCTP）,設(shè)定50左右。調(diào)整參數(shù)若因電動機(jī)的保持轉(zhuǎn)矩大，用上述設(shè)定值仍不足以克服過沖時，可以增加參數(shù)2077的設(shè)定值，每次增加10。若發(fā)生停止不穩(wěn)定，是由于電動機(jī)的剛度（保持轉(zhuǎn)矩）太低，可以用10刻度減小參數(shù)2077的值。3、 Vcmd偏移功能是提

9、高單脈沖進(jìn)給精度的功能。單脈沖進(jìn)給的動作：首先給由1個脈沖的移動指令時，機(jī)床起動；在輸入位置反饋信號時，機(jī)床停止。注：發(fā)生過沖時，請參看“防過沖功能”。把Vcmd錯開0.5個脈沖，可停在柵格上。參數(shù)：使用Vcmd偏移功能時，設(shè)定參數(shù)NO.2003#7=14、 間隙補(bǔ)償加速功能在機(jī)械系統(tǒng)上，機(jī)床的間隙和摩擦阻力等的影響大時，電動機(jī)反轉(zhuǎn)時機(jī)械系統(tǒng)會產(chǎn)生滯后，是造成圓弧切削產(chǎn)生像限突起的原因。此功能是在方向逆轉(zhuǎn)時給移動指令和速度指令增加補(bǔ)償數(shù)據(jù)，以改善像限突起的功能。它可以簡化間隙加速功能的設(shè)定，并且即使摩擦和切削條件變化，也可進(jìn)行最佳補(bǔ)償。使電動機(jī)反轉(zhuǎn)時的間隙加速量按指數(shù)函數(shù)變化，不多也不少，只按

10、所需要的量進(jìn)行加速。相關(guān)參數(shù)NO.1851:間隙補(bǔ)償量；NO.2003#5:=1用速度控制改善間隙補(bǔ)償，=0不使用；NO.2009#7:=1使用間隙加速停止功能，=0不使用；NO.2009#6:=1間隙加速僅切削進(jìn)給有效，=0一直有效；NO.2009#2:=1使用新型間隙補(bǔ)償加速，=0不使用；NO.2048間隙加速量（BLCMP：a系列伺服電動機(jī)設(shè)定500左右；NO.2070補(bǔ)償?shù)亩〞r（ERBLM）:位置偏差量與參數(shù)設(shè)定值相等時開始補(bǔ)償，通常設(shè)定“0”；NO.2071間隙加速次數(shù)（PBLCT）:通常設(shè)定50100;NO.2082間隙加速停止量（BLEND）:民系列伺服電動機(jī)設(shè)定20左右；+/方

11、向負(fù)載轉(zhuǎn)矩不同時.垂直軸等因移動方向不同所需要的轉(zhuǎn)矩不同時，可使用轉(zhuǎn)矩偏置功能，步驟如下：首先顯示伺服調(diào)整畫面。（參數(shù)3111#0:SVS=1）;再沿正、負(fù)方向以足夠慢的速度驅(qū)動機(jī)床；此時在伺服調(diào)整畫面上，讀取實際電流（）;把下式的計算結(jié)果設(shè)定在參數(shù)2087上：NO.2087新型間隙加速的轉(zhuǎn)矩偏置設(shè)定值=（參數(shù)2086的值）X（正向電流+負(fù)向電流）/2005、 前饋功能圓弧切削時的半徑方向誤差r:加入前饋控制后：Ta:時間常數(shù)；Ts:伺服時間常數(shù)；R:圓弧半徑；V:切削速度；相關(guān)參數(shù)NO.2003#3:=1速度控制為PI控制；NO.2005#1:=1使用前饋功能；NO.2068前饋系數(shù)a:設(shè)定

12、值=前饋系數(shù)（a）X100%；NO.2069設(shè)定速度控制前饋系數(shù)VFF:設(shè)定值=（負(fù)載慣量+轉(zhuǎn)子慣量）/轉(zhuǎn)子慣量*100%;NO.1800#3:=1前饋對于切削進(jìn)給和快速進(jìn)給均有效，=0僅對切削進(jìn)給有效；調(diào)整目的在通常無前饋控制的位置控制回路中，按下式輸由速度指令：（位置偏差）x（位置環(huán)增益）。這就是說，只有在機(jī)床的指令位置和實際位置有誤差時機(jī)床才能移動。例如，當(dāng)位置增益為301/s,進(jìn)給速度為10m/min時，其位置偏差為5.56mm。對于直線插補(bǔ)，位置偏差不會造成零件的形狀誤差。但在加工圓弧或拐角時，就會造成大的形狀誤差。消除位置偏差的有用功能是位置前饋。前饋功能是將CNC的位置指令變?yōu)橛?/p>

13、補(bǔ)償功能的速度指令。前饋可減小位置偏差（理論上為0）,因此，可使圓弧或拐角的形狀誤差大大減小。但是，伺服響應(yīng)性能的改善，有可能使機(jī)床由現(xiàn)沖擊，為避免這一情況，必須同時使用插補(bǔ)前的加/減速功能調(diào)整方法前饋系數(shù)的調(diào)整（加工圓弧R10/進(jìn)給F4000）（參數(shù)2068）理論上，前饋系數(shù)100%時的位置偏差為0,消除了形狀誤差。但是，實際上，有速度環(huán)的響應(yīng)時滯。所以，稍小于100%的值可加工由指令的形狀。通常，最佳值為95%-99%（設(shè)95009900）。默認(rèn)值為9800。首先在加工圓弧時進(jìn)行觀察調(diào)整前饋系數(shù)（開始調(diào)整前先設(shè)速度環(huán)前饋系數(shù)為50%）。實際調(diào)整編制加工圓（R10/F4000）的左邊程序，用

14、調(diào)試軟件RD測量加工時的刀具運動軌跡。程序中的G08P1和P08P0是16系統(tǒng)的起動和結(jié)束預(yù)讀控制的G代碼。在圖(a)中，前饋系數(shù)不足，造成了徑向誤差約5以m(減小)。而且速度增益低，造成形狀變形且有過象限突起。圖(b)前饋調(diào)整圖(b)前饋調(diào)整速度增益：100%預(yù)讀前饋系數(shù)：98%FAD時間常數(shù)：24ms調(diào)整前饋系數(shù)后，如圖(b)所示，徑向誤差可減小接近于0。圖(a)前饋調(diào)整圖(a)前饋調(diào)整圖速度增益：100%預(yù)讀前饋系數(shù)：95%FAD時間常數(shù)：24ms(線性)(線性)上圖中，使用的速度環(huán)增益低。若使用高增益，如圖(c),變形和過象限的突起將減小。將速度增益增加到極限值的70%-80%，微調(diào)前

15、饋系數(shù)，且使用過象限突起補(bǔ)償功能(反向間隙的加速功能)，以減小過象限的突起，從而改善正圓度(d)。圖(c)速度環(huán)增益的效果圖(d)速度速度環(huán)增益:預(yù)讀前饋系數(shù):環(huán)增益的效果速度環(huán)增益：200%300%預(yù)讀前饋系數(shù)：98%99%FAD時間常數(shù)：24msFAD時間常數(shù):24ms速度環(huán)前饋系數(shù)的調(diào)整（用4角有1/4圓弧的方形工件）（參數(shù)2069）調(diào)整步驟前饋可減小位置偏差和加工形狀誤差。若速度環(huán)對速度指令的響應(yīng)低，速度控制就不能按指令速度所要求的大的加速度運行，因此造成了加工形狀誤差。速度環(huán)的響應(yīng)可用增加速度環(huán)增益和調(diào)整速度環(huán)前饋系數(shù)來改善。速度前饋是將速度指令的一部分（速度指令乘以適當(dāng)?shù)南禂?shù)）送給

16、電流環(huán)對轉(zhuǎn)矩指令進(jìn)行補(bǔ)償。在速度環(huán)（PI控制），只是在指令速度與實際速度不同時（有速度偏差）才有補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩。另外，速度前饋是根據(jù)以前指定的加速度值進(jìn)行轉(zhuǎn)矩指令的補(bǔ)償。速度前饋可以減小由于速度環(huán)的時滯造成的形狀誤差。前饋系數(shù)值的調(diào)整方法用下列公式。但在實際調(diào)整中，開始時的速度前饋系數(shù)用100O（速度環(huán)的前饋系數(shù)）=100X（電機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量+負(fù)載慣量）/電機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量實際調(diào)整用4角有圓?。ò霃?mm）的方形工件進(jìn)行速度前饋系數(shù)的調(diào)整。調(diào)整時，應(yīng)使按圓弧半徑箝制進(jìn)給速度的功能無效（該功能無效后，或如下例，要保證進(jìn)給速度等于或高于可以指定的F4000）。圖（e）程編形狀當(dāng)預(yù)讀前饋無效時，在加工形狀有幾百

17、以m的形狀誤差但是，如果預(yù)讀前饋生效，形狀誤差即減小。圖（g）速度前饋系數(shù)系數(shù)速度環(huán)增益：200%100%預(yù)讀前饋系數(shù)：99%99%FAD時間常數(shù)：24ms（線形）24ms（線形）速度前饋系數(shù)：0%X100%圖（h）速度前饋速度環(huán)增益：預(yù)讀前饋系數(shù)：FAD時間常數(shù):速度前饋系數(shù):在圖（g）中未指令速度前饋系數(shù)，所以，在加速度大的地方軸的運動就有時滯。其結(jié)果，在直線與圓弧的相交處有過象限突起；在圓弧與直線的相交處有缺口。在圖（h）上,只在X軸設(shè)定了速度前饋系數(shù)，X軸的響應(yīng)得到了改善。可以看到，沿X軸加速度變化大的地方加工形狀得到了改善。圖（i）中指定了過大的速度前饋系數(shù)，因此，圖（g）中的突起變

18、為缺口；缺口變?yōu)橥黄稹＿@就是說，的確存在最佳的圖(j)前饋調(diào)整速度前饋系數(shù)，其值小于圖的設(shè)定值。圖(j)表示了設(shè)定最佳值的實際結(jié)果。圖(k)是為了顯示目的而將誤差放大后的圖形。圖(i)前饋調(diào)整速度增益：100%速度增益：100%預(yù)讀前饋系數(shù)：99%預(yù)讀前饋系數(shù)：99%FAD時間常數(shù):24ms（線性）FAD時間常數(shù):24ms（線性）速度增益系數(shù)：X200%Y200%速度增益系數(shù):X120%Y180%在放大后的圖形上可以看到，機(jī)床在圓弧部分有振蕩。為了減小這種振蕩，可以使用兩種方法。一種是增加速度環(huán)的增益(此方法不能用在速度增益已加大到振蕩極限的增益)另一方法是減小按圓弧半徑箝制進(jìn)給速度功能的圓弧

19、部分的進(jìn)給速度，如下節(jié)中所述。圖(k)速度前饋的調(diào)整圓弧區(qū)域的變形可以用增加速度增益值使其變小(圖(l)o但是，在直線與圓弧相交處的形狀誤差不能完全消除。變形還可以用細(xì)調(diào)速度的前饋系數(shù)或使用按圓弧半徑箝制進(jìn)給速度功能（下節(jié)中敘述）進(jìn)一步減小。圖（l）速度前饋的調(diào)整速度增益：300%預(yù)讀前饋系數(shù)：99%FAD時間常數(shù)：24ms（線性）速度增益系數(shù)：X120%,Y180%按圓弧半徑的進(jìn)給速度箝制參數(shù)的調(diào)整調(diào)整目的如前所述，速度環(huán)前饋系數(shù)的調(diào)整可以改善速度環(huán)的響應(yīng)延時，從而減小了加速度變化大的區(qū)域的形狀誤差。但是，只靠速度前饋不能完全消除加工的形狀誤差。而且，如果機(jī)床的剛性低，機(jī)床可能由于加速度的變

20、化而振動。為了減小加速度大的區(qū)域的加速度的變化，應(yīng)減小目標(biāo)方向的指令進(jìn)給速度。加工時（預(yù)讀控制），按圓弧半徑箝制進(jìn)給速度的功能可實現(xiàn)對進(jìn)給速度的控制（減小）。對該功能的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，可以找到機(jī)床允許的垂直方向的加速度值。如下所述，該值可用于設(shè)定高精度輪廓控制（連續(xù)小程序段）中“根據(jù)加速度降低進(jìn)給速度”的參數(shù)的基準(zhǔn)。上圖中，R是圓弧半徑，F(xiàn)是進(jìn)給速度。則垂直方向（徑向）的加速度為F2/R。按半徑箝制進(jìn)給速度功能指定R和F做為確保徑向方向的加速度不超過指令值的參數(shù)。例如，指令R=5mm,F=4000mm/min作為按圓弧半徑箝制進(jìn)給速度功能的參數(shù)，則圓弧的徑向加速度為：F2/R=(4000/60)

21、2/5=889mm/sec2當(dāng)用高精度輪廓控制時，要設(shè)定同樣的加速度值作為小程序段按加速度限制進(jìn)給速度功能的參數(shù)。上例中，若切削的進(jìn)給速度為F4000(mm/min),則要求達(dá)到這一速度的時間計算如下：4000/60/889*1000=75msec當(dāng)用圓弧半徑箝制進(jìn)給速度功能減小了沿圓弧的進(jìn)給速度時，加工的形狀精度就可以得到改善。調(diào)整值的設(shè)定建議經(jīng)驗上，設(shè)定下列值是適當(dāng)?shù)?。參?shù)號請見響應(yīng)CNC的參數(shù)說明書。高剛性小型機(jī)床：拐角圓弧R5時，設(shè)F4000(889mm/sec2)剛性相對高的中型和小型加工中心機(jī)床：拐角圓弧R5時，設(shè)F3000(500mm/sec2)大型機(jī)床：拐角圓弧R5時，設(shè)F25

22、00(347mm/sec2)高剛性的大型機(jī)床：拐角圓弧R5時，設(shè)F2000(222mm/sec2)用進(jìn)給速度差限制拐角加速度功能的允許速度差的調(diào)整調(diào)整目的在各程序段的交接處各軸的進(jìn)給速度變化非常大。高速高精度的CNC系統(tǒng)，加工時CNC對編程形狀進(jìn)行預(yù)讀。若在程序段的交接處進(jìn)給速度變化，為了減小機(jī)械沖擊和加工的形狀誤差，CNC可以降低進(jìn)給速度使其不超過用參數(shù)設(shè)定的允許值。加/減速根據(jù)插補(bǔ)前的加/減速時間常數(shù)進(jìn)行。拐角時進(jìn)給速度減小的越多，所需的加工時間就越長。根據(jù)要求的形狀誤差，設(shè)定盡可能高的進(jìn)給速度允許值。設(shè)定建議具體的參數(shù)號，請見相應(yīng)的CNC明書。高剛性的小型機(jī)床：F400相對高剛性的中型和小型加工中心：F300大型機(jī)床：F2006、 N脈沖抑制功能是抑制機(jī)床停止中的振蕩功能：機(jī)床停止時電動機(jī)受外部干擾而振蕩時，使用單脈沖抑制功能把速度反饋信號的方向反向后的N脈沖換算為位置脈沖，使N脈沖不進(jìn)入比例項(PK