FANUC高速、高精加工的参数调整(PDF

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使用 αi 电机
高速、高精加工的参数调整
3.4.1
⑴ 概述
伺服 HRV 控制的调整步骤
i 系列 CNC(15i/16i/18i)的伺服因为使用了 HRV2 和 HRV3 控 制(21i 为选择功能),改善了电流回路的响应,因此可使速度 回路和位置回路设定较高而稳定的增益值。
图 3.4.1(a) 使用伺服 HRV 控制后的效果 速度回路和位置回路的高增益,可以改善伺服系统的响应和刚 性。因此可以减小机床的加工形状误差,提高定位速度。 由于这一效果,使得伺服调整简化。HRV2 控制可以改善整个 系统的伺服性能。伺服用 HRV2 调整后,可以用 HRV3 改善高 速电流控制,因此可进行高精度的机械加工。 若伺服 HRV 控制与 CNC 的预读(Look-ahead)控制,AI 轮廓 控制,AI 纳米轮廓控制和高精度轮廓控制相结合,会大大改善 加工性能。关于这方面的详细叙述,请见 3.4.3 节“高速、高精 加工的伺服参数调整”。
① 电流环周期和电流环增益的设定 根据上述表 3.4.1 中“⑴ 伺服 HRV2 控制”的设定内容,设定电 流控制环的的参数。对于使用同一个 DSP 的两个轴要设相同的 周期时间。 该设定使得电流回路的处理周期为 125μs,位置回路的周期为 1ms。其结果使电流回路的响应性能提高了 1.6 倍。
注 1 用一个 DSP 控制的两个轴设定相同的周期时间。 2 若电机停止时的声响比比工作时的大,按下述方法修改电流
2
⑦ 设定和调整 HRV3 控制(图 3.4.3(c)中的*7) 若要求进一步改善伺服性能,可使用 HRV3,以此设定更 高的速度回路增益。
图 3.4.1(c) 伺服 HRV 控制的调整
表 3.4.1 使用 HRV2,3 时的标准伺服参数(刚性高的加工中心机床)
标准参数
功能
16i
15i
设定值
切削/快移 可切换
环的增益: -- 将 No 2040(16i)或 No 1852(15i)修改后的值乘以
0.6。 -- 将 No 2041(16i)或 No 1853(15i)修改后的值乘以
0.6。 -- No 2041(16i)或 No 1853(15i)= 0。
② 速度回路增益的设定 根据 3.3.1 节“增益调整步骤”的叙述调整速度环的增益。
⑴ 伺服 HRV2 No 2020
No 1874
设定电流周期为 125μs 的
控制(*1)
电机型号
⑵ 速度环比例 No 2017
No 1959,#7 1(使该功能生效)
项 高 速 处 理 No 2021
No 1875
近似 1500—2000(伺服调整

功能
画面速度增益:700%-900%)
⑶ 消振滤波器
No 1702
16(精细加/减速时间常数)

No 2005#1 No 1883#1 1(使前馈功能生效)
⑸ 预读前馈
No 2092
No 1985
9700-9900(前馈系数)

No 2069
No 1962
近似 100(速度环前馈系数)

⑹ 位置增益
No 1825
No 1825
8000-10000( 初 始 设 定 约 5000)
⑤ 前馈系数调整 前馈用于补偿伺服位置回路的时滞,而速度前馈用于补偿速度 回路的时滞。当用加工 R10/F4000 或 R100/F10000 的圆弧检查 加工半径误差时,在加工中调整前馈系数使实际加工轨迹与指 令的轨迹尽量一致。调整时,设定速度前馈系数为 100。详细调 整请见 3.4.3 节“高速/高精加工的伺服参数调整步骤”。
下列参数用于调整使用高速 HRV 电流控制,在切削进给时的速 度环增益。其值设定为出现振荡时的 0.7。 [伺服 HRV3 控制参数的设定] No 2335(16i),No 2748(15i):
100—400(高速 HRV 电流控制的速度环增益比率)
⑸ 使用伺服调整软件测量机床谐振频率的方法
使用下述方法测量机床的谐振。伺服软件应该用 1998 年 8 月的或其 后的版本。
⑦ 转动电机,记下产生异常声响时的数据。 ⑧ 调整 SD 的画面,使每次只显示第一轴或第二轴,(第一轴和第
二轴的波形显示或隐藏可用键 SHIFT+1 和 SHIFT+2 控制)。 此外,在 F3 菜单上的放大项上设定适当值,以便清楚地观察 TCMD 波形上的振荡。 ⑨ 此时,按 CTRL+F 键,置于频率分析方式。在尖波下的刻度值 乘以 10 即为谐振频率。 ⑩ 完成调整后,将 No 2206#7(16i),No 1746#7(15i)复位为 0。
③ 在这种状态,在每一电流环控制周期输出 TCMD 波形。 ④ 在 SD 的 F9 画面上各通道的设定,选择 TCMD 测量。对于电流
的设定,设为放大器的最大电流值。
7
⑤ 在这一状态下,使电机加/减速,在伺服的波形图上检查加/减速 的正确输出。
⑥ 用 SD,设定数据点数,实现 0.1 秒的数据采集. 对于 HRV1: 400 个数据项 对于 HRV2: 800 个数据项 对于 HRV3: 1600 个数据项
① 使用伺服调整软件(SD)的准备。 在调整 2 中设定测量数据的型式。(用模拟/数字一体的伺服检 查板时设 6 作为数据位数。用数字检查板时,将 DIP 开关设到 12(奇数轴)或 13(偶数轴))。
② 设定 No 2206#7(16i),No 1746#7(15i)为 1。两个伺服轴用 同一个 DSP 控制时设定这一位。
[速度环的增益调整参数] No 2017(16i)的第 7 位或 No 1959(15i)的第 7 位: 设 1(使速度环的比例项高速处理功能生效) 速度增益值(在伺服调整画面上的增益)调整: 以初始值 150%逐渐增加增益值,目标值约为 1000%
③ 消振滤波器的调整 如图 3.4.1(d)所示,消振滤波器是消除转矩指令中的特定频率分 量的衰减滤波器。如果机械系统中有超过 200Hz 的强烈谐振, 为了消除谐振,使用高的速度增益,消振滤波器是非常有用的。 因此,使用伺服 HRV2 控制时,要在“② 速度回路增益的设定” 前调整消振滤波器。若谐振频率为 200Hz 或低于 200Hz,不要 使用消振滤波器。
No 2113 No 2177
No 1706 No 2620
振荡的中心频率 30(用于祛除 200Hz 或更高 频率的谐振,设定较高的速
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
度环增益)
⑷ 精细加/减速 No 2007#6 No 1951#6
1(使精细加/减速生效)
增益功能
No 2209#2 No 1749#2 1(线性精细加/减速)
No 2109
1
图 3.4.1(b) 伺服 HRV 控制的效果实例
⑵ 适用的伺服软件系列号及版本号 90B0/A(01)及其以后的版本(用于 15i,16i,18i 和 21i,但 必须使用 320C5410 伺服卡)。
⑶ 调整步骤概况
HRV2 和 HRV3 控制的调整与设定大致用以下步骤: ① 设定电流回路的周期和电流回路的增益(图 3.4.3(c)中的
[前馈参数的设定] No 2005#1(16i),No 1883#1(15i): 1(使前馈功能生效) No 2092(16i),No 1985(15i): 9700—9900(预读前馈系数) No 2069(16i),No 1962(15i): 近似 100(速度前馈系数)
⑥ 位置增益调整 指令的进给速度按下式计算: 指令速度 = (位置增益)×(位置偏差)+(前馈量) 因此,若指令值和实际移动位置有偏差,增益大时会使误差的 修正作用大,从而使得加工的形状误差小。当使用伺服 HRV2 时,由于速度环的响应得到改善,可以设定比以前高的位置增 益。对于中型加工中心机床,增益值可设 80—100 [1/s]。(大型 机床或闭环控制的机床,如果反向间隙较大时,其增益值应该 设得小一些。) 快速移动机床,以最大切削速度进行加工,在加/减速时观察 TCMD 波形,以确定位置增益的极限。当 TCMD 的波形上在 10—30Hz 期间出现急剧上升时,即为位置增益极限。然后,在 极限值参数中设为其值的 80%。
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谐振频率的测量使用伺服调整软件,具体请见“⑸ 用伺服调整 软件测量谐振频率的方法”。
图 3.4.1(d) 消振滤波器 (调整步骤)
● 以低速(F1000—F10000)开动机床。 ● 逐渐增加速度环的增益,直至进给时出现轻微振荡。此时若
设定大的速度环增益,机床有频率为 200Hz 以下的低频振 荡,消除了先前出现的高频振荡。如果高频振荡不出现,则 不要使用消振滤波器。 ● 设定了产生轻微振荡的速度环增益后,观察 TCMD,测量 频率。 ● 在下述的参数中设定测量频率: [设定消振滤波器的参数] No 2113(16i),No 1706(15i)
No 2007#6(16i),No 1951#6(15i):
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1(使精细加/减速功能生效) No 2209#2(16i),No 1749#2(15i):
1(线性精细加/减速) No 2109(16i),No 1702(15i):
16(精细加/减速的时间常数)
(*1)对于切削进给和快速移动的精细加/减速可切换的参数, 请见 3.4.2 节“切削进给/快速移动的切换功能”。
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⑷ 详细调整
动时可设定不同值。(见 3.4.2 节“切削进给/快速移动的切换功能”)
(*1)当只使用电流周期 250μs 的电机时,设定应按以下修改: No 2004(16i),No 1809(15i)设 00000011(250μs 电流周 期) No 2040(16i),No 1852(15i)设(标准值)×0.8 No 2041(16i),No 1853(15i)设(标准值)×1.6
*1 ) 电流回路的周期从以前的 250μs 降为 125μs。电流响 应的改善是伺服性能改善的基础。 ② 速度回路增益的设定(图 3.4.3(c)中的*2 ) 进行速度回路增益的调整时,对于速度回路的高速部分, 应该使用速度环比例项的高速处理功能。 电流环控制周期时间的降低使电流响应得以改善,使用振 荡抑制滤波器使可消除机械的谐振,这样可提高速度回路 的振荡极限。 ③ 消振滤波器的调整(图 3.4.3(c)中的*3) 机床可在某个频率下产生谐振。此时,用消振滤波器消除 某一频率下的振荡是非常有效的。 ④ 精细加/减速的设定(图 3.4.3(c)中的*4) 当伺服系统的响应较高时,可能会出现加工的形状误差取 决于 CNC 指令的扰动周期的现象。这种现象可用精细加/ 减速功能消除。 速度环使用尽可能高的回路增益可以改善整个伺服系统的 性能。 ⑤ 前馈系数的调整(图 3.4.3(c)中的*5) 使用预读功能的前馈,可以消除伺服的时滞,从而可减小 加工的形状误差。一般,前馈系数为 97%—99%。 ⑥ 位置增益的调整(图 3.4.3(c)中的*6) 当提高了速度回路的响应时,可以设定较高的位置增益。 较高的位置增益可减小加工误差。
衰减中心频率{Hz}:设为机床的谐振频率。 No 2117(16i),No 2620(15i)
衰减频带:30(当中心频率为 600Hz 或以上时设 40)。
图 3.4.1(e) 消振滤波器的效果(转矩指令波形) ④ 精细加/减速功能的设定
使用伺服 HRV2 控制时,可以设定高的位置环增益和高的速度 环增益。因此,当指定较大的加/减速度时,会产生与扰动周期 相关的振荡。为了避免这种振荡,可以使用精细加/减速功能。 但要确保精细加/减速的时间常数为 8 的倍数。 [精细加/减速的参数设定]
No 2013#0 No 1707#0 1
No 2202#1
⑺ 伺 服 HRV3 No 2334
控制
No 2335
No 1742#1 No 2747 No 2748
1 150 100%-400%(只在高速 HRV
电流控制方式的切削进给
时有效)
表 3.4.1 中最后一拦中有标记○的设定项,其值在切削进给和快速移
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位置增益确定后,应重新调整上面 ⑤ 中设定的位置前馈系 数。
[位置增益参数的设定] No 1825(16i,15i):5000--10000
⑦ 伺服 HRV3 的调整 需要设定以下参数:
[HRV3 参数的设定] No 2013#0(16i),No 1707#0(15i): 1(使 HRV3 功能生效) No 2202#1(16i),No 1742#1(15i): 1(使速度环增益的切削进给/快速移动切换功能生效) No 2334(16i),No 2747(15i): 150(高速 HRV 电流控制的电流环增益倍率)
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