探究机床电机扭矩对机床加工工件圆弧象限点质量的影响--中国期刊网

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探究机床电机扭矩对机床加工工件圆弧象限点质量的影响

发表时间：2020/6/15 来源：《基层建设》2020年第6期作者：何旭杰

[导读] 摘要：本文阐述了通过SREVO GUIDE软件，对Fanuc系统机床进行优化调试，并以立式加工中心机床为例，详细描述了伺服优化的电气调试过程。

        通用技术大连机床集团辽宁大连 116620
        摘要：本文阐述了通过SREVO GUIDE软件，对Fanuc系统机床进行优化调试，并以立式加工中心机床为例，详细描述了伺服优化的电气调试过程。通过更换电机，说明了不同电机配置对机床加工工件圆弧象限点的精度及质量的影响。
        关键词：伺服优化频率响应圆弧象限点加工质量
        对于机床来说，在数控系统的控制下，伺服电机通过丝杠带动工作台移动来进行加工。对于同一机床，不同的电机配置，会对加工质量造成一定的影响，机床加工前需要对伺服驱动进行优化。伺服驱动优化的目的就是让机电系统的匹配达到最佳，以获得最优的稳定性和动态性能，从而提高机床加工质量及精度。
        一、三轴频率响应曲线的测定及调整
        以立式加工中心为例，X,Y,Z三轴电机分别为βisc12/3000-B、βisc 12/3000-B、βis 22/3000-B；最大扭矩分别为27Nm、27Nm、45Nm。
        1.电机频率响应曲线
        (1)响应带宽（也就是幅频曲线上 0dB 区间）要足够宽，主要通过调整伺服位置环增益（PRM 1825），速度环增益（PRM 2021）参数来实现，使之越宽越好。
        (2)使用HRV滤波器后机床高频共振被抑制，此时高频共振频率处的幅值应低于-10dB。
        (3)在截止频率（幅频曲线开始下降的地方对应的频率）处的幅值应该低于10dB。
        (4)在1000Hz附近的幅值应该低于-20dB
        2.初始频率响应曲线测量
        以X轴为例，连接SREVO GUIDE软件，进行初始频响曲线的测量。
        对于电流环，勾选HRV3电流控制、切削/快移进给速度增益有效开关、HRV3经常有效、电流环1/2PI控制并适当调整电流增益倍率和速度增益倍率；对于速度环，选择PI控制、速度环比例高速处理功能、切削/快速进给速度增益切换、速度比例高速处理、停止时比例并适当调整速度增益；对于位置环，勾选切削/快速进给位置环增益开关并适当调整切削进给位置环增益与快速进给位置环增益。综合以上叙述，进行调整。
        将三轴频率响应曲线全部调整后，进行圆弧程序测量。
        二、圆弧调整
        调整要点：对于圆的调整主要包含：圆度、大小、以及象限点的调整
        1.圆度的调整：参与插补的两轴参数一致在加工圆弧时，圆的轮廓成椭圆形状，其主要原因为插补的两轴存在动态不匹配的问题，主要调整以下方面：
        （1）参与插补的两轴加减速时间常数的类型、大小是否一致(包括一般模式下、高速高精度模式下插补前/ 插补后)
        （2）前馈功能使用与否、前馈系数是否设定一致
        （3）位置环增益设定是否一致
        各轴切削进给的插补后加减速时间常数：参数号1622
        插补后加速时间常数：参数号1769
        前馈有效：参数号2005#1
        先行前馈系数：参数号2092
        位置环增益：参数号1825
        以上参数需要保证参与插补的两轴数值一致。
        2.圆大小调整：前馈
        圆的大小不正确，主要原因是伺服滞后引起的形状误差，在系统侧可以使用前馈功能、适当设定较小插补后时间常数等方法，改善伺服响应。
        开启前馈功能：参数号2005#1=1
        前馈系数设定
        位置前馈系数：参数号2069:
        速度前馈系数：参数号2092
        前馈功能在进行伺服初始化设定时，会被重置为 0，故需要注意重新进行设定。
        3.象限点调整：反向间隙加速
        在机床进给轴的传动过程中，由于反向间隙、摩擦等因素，造成电机在反向运转时产生滞后，电机的反转滞后造成加工的延时，此时，在加工圆弧象限过渡处将会留下象限凸起的条纹。主要使用反向间隙加速功能调整。将人为设定的反向间隙加速补偿量补偿至速度环积分环节的 VCMD，用以改善电机由于传动环节的影响造成的滞后，降低在反转时的位置误差。
        （1）将机床进给轴的位置环和速度环增益调整至合理值
        在进行方向间隙加速补偿功能之前，务必将位置环和速度环图调整至较高的稳定值，这样可以提高伺服的响应和刚性。在此基础上再进行其他功能的补偿，将会很容易进行补偿。
        （2）调整反向间隙补偿量
        调试时参数号1851设为1，伺服调试完毕后再将实际反向间隙值写入1851
        参数号2048为每个轴由+到-的补偿量；2094为每个轴由-到﹢的补偿量
        参数号2071为反向加速时间，根据实际设定
        参数号2082前馈功能在进行伺服初始化设定时，会被重置为 0，故需要注意重新进行设定。
        分方向反向间隙补偿时，理论上，电机在从＋→－和从－ → ＋，其反向延时滞后的量应该是一致的，但由于机械安装以及导轨摩擦等外界因素的影响，在实际测试圆弧时，可能会出现不一致的情形。此时需要根据不同方向分别进行补偿。选择不同的轴，并修改参数号2048和参数号2094的值。
        以XY轴所在平面画圆，编辑圆弧程序，进行测量。多次经过参数调整后再次测量。
        由于各种外在因素，包括机床机械结构、机床装配工艺等因素，通过图形来看，所做圆弧的象限点最小误差始终保持5um，无法继续通过对参数进行调整来提高加工精度。在此基础上对工件进行加工，结果工件表面象限点出存在亮线，不符合加工要求。
        三、更换电机重新测量
        由于以上调整过后，只能将误差控制在5um，并且加工实际效果不理想，所以进行电机更换，即将XY轴电机更换为βis 22/3000-B ，并再次进行上述调试过程。测量结果如图1所示。

                        图1 更换电机前后的圆弧
        可以看出，更换电机后，圆弧象限点最小误差已经达到2um,再次进行工件加工，效果如图2所示。

        图2 更换电机前后的加工效果
        四、结论
        通过伺服优化，可以减少机械带来的共振，提高加工精度；对于同一机床来说，通过更换电机，使机床电机的扭矩加大，提高了加工精度，同事也降低了机械调整及装配的难度，但是会增加电气成本；对于加工精度不太高的工件来说，原电机也符合加工要求。
        参考文献
        [1]FANUC B-65270CM_08_伺服电机参数说明书