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    FANUC數(shù)控系統(tǒng)伺服驅動優(yōu)化在數(shù)控機床上的應用

    2014-07-26 10:43:04沈陽機床股份有限公司中捷立式加工中心事業(yè)部
    世界制造技術與裝備市場 2014年2期
    關鍵詞:頻率響應圓弧數(shù)控機床

    沈陽機床股份有限公司中捷立式加工中心事業(yè)部 宋 楠

    數(shù)控系統(tǒng)的主要功能是把編制的NC程序轉變成相應的軸的機械位移。在軸位移的過程中,好的動態(tài)特性和穩(wěn)定性是伺服驅動穩(wěn)定高效運行的關鍵。伺服驅動優(yōu)化的目的是在現(xiàn)有的基礎上盡可能提高系統(tǒng)的動態(tài)性。

    一、伺服驅動優(yōu)化的原理

    伺服驅動軸控制回路是由電流環(huán),速度環(huán)和位置環(huán)組成,原理如圖1所示。

    圖1 控制回路原理

    位置環(huán)是一個簡單的比例調節(jié)器,因而調節(jié)起來比較簡單。速度環(huán)和電流環(huán)是由比例積分調節(jié)器組成,是驅動的核心部分,因而速度環(huán)又是驅動優(yōu)化的調整重點。伺服驅動優(yōu)化的關鍵是提高速度環(huán)的動態(tài)特性,而提高動態(tài)特性的關鍵又在于提高速度環(huán)比例環(huán)節(jié)的增益,降低積分環(huán)節(jié)的時間常數(shù)。

    二、伺服驅動優(yōu)化的步驟

    在機床調試時系統(tǒng)會給定一組相應軸的默認參數(shù),但這些參數(shù)一般是為了保證系統(tǒng)正常工作的比較保守參數(shù)。立式加工中心的伺服驅動優(yōu)化主要做各軸的頻率響應和圓度的測試。

    1.頻率響應

    頻率響應的原理是讓電機端輸出一個涵蓋很寬頻率的噪音信號,再檢查輸出端的應答信號,根據(jù)它們的關系繪制一個輸入和輸出的關系圖。為了計算方便,一般用波特圖的方式來表示。圖的上半部分是表示輸出和輸入的幅值的比,下半部分是輸出和輸入信號的相位差。理想的情況是輸出的幅值等于輸入信號的幅值,并且沒有相位差,但實際中圖形都會有偏差。

    利用servo guide軟件的圖形畫面測定各軸的頻率響應后,根據(jù)頻率響應曲線可以分析出各軸的剛性余量、高頻振動點、系統(tǒng)響應頻寬等。如果是低頻振動,利用TCMD濾波器來抑制振動。如果是高頻振動,可以利用HRV濾波器來消除高頻振動點。消除共振點后,就可以設定更高的速度增益。然后需要重新測量頻率響應,如此反復進行,直到滿足要求。

    2.圓度測試

    利用servo guide軟件的程序畫面可以自動生成典型的測試程序,然后將相應的子程序和主程序發(fā)送到NC,通過NC運行該程序,由圖形畫面采集相應的數(shù)據(jù)以對調試結果進行分析。如果圓弧顯示變形,可能是由于背隙補償造成的,可在測試前修改參數(shù);如果圓弧的半徑誤差比較大,可以設定前饋系數(shù),利用前饋功能來縮短由于伺服系統(tǒng)的跟蹤延遲導致的誤差;如果象限有凸起或者過切,可以通過調整速度增益和背隙加速等參數(shù)來調整。

    三、伺服驅動優(yōu)化的案例

    1.Y軸共振問題

    數(shù)控機床運行時,有尖叫聲,一般來說是機床發(fā)生了共振。測試Y軸的靜態(tài)頻率響應曲線圖如圖2所示。

    圖2 Y軸的靜態(tài)頻率響應曲線

    機床的共振可以使用濾波器參數(shù)來進行抑制,從而消除一般的尖叫聲。經過對Y軸增加濾波器調整后,尖叫聲消除,再次采集的圖形如圖3所示。

    圖3 調整后的靜態(tài)頻率響應曲線

    2.對加工曲面影響

    使用數(shù)控機床試切曲面效果如圖4所示,從圖4可以看出圓弧表面的加工效果不理想,粗糙,有象限點,可能是參數(shù)設置引起震動造成,也有可能是機械原因造成。

    使用 servo guide軟件進行伺服驅動優(yōu)化,如圖5、圖6所示。

    圖5 XZ軸的圓弧原始圖形

    圖6 調整之后的圖形

    再次進行加工,如圖7所示,試件表面刀紋和光潔度變好,象限點消除。

    圖7 優(yōu)化后試件

    四、總結

    伺服驅動優(yōu)化能夠使數(shù)控機床的機械特性和數(shù)控系統(tǒng)更加匹配。但是在機床上,機械是主體,系統(tǒng)上的調整只是對機械性能造成的影響進行一些彌補,或者抑制,從而改善一些加工的性能。想從根本上解決切削缺陷問題,應該從提升機械性能、機械裝配的工藝上著手。

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