FANUC伺服優化功能在模具加工中（zhōng）的（de）應用-刀具網-數控機床市場網

您現在的位置：數控係統網> 加工與維修（xiū）>FANUC伺（sì）服優化（huà）功（gōng）能在模具加工中的應用

FANUC伺服優化功能在模具加工中的應用（yòng）

2021-3-30 來源：蕪（wú）湖職業技術學院機械工程學院作者：葛阿（ā）萍

摘要：為了改善（shàn）模具加（jiā）工中零件加工表麵（miàn）存在振紋、過切等表（biǎo）麵質量不佳（jiā）的問題。文中通過FANUC SERVO GUIDE 軟件測試機床的伺服係統性能，針對測試結果，對（duì）機（jī）床（chuáng）伺服係統三環參（cān）數、背隙加速等伺服（fú）參數進行逐步調試和優化，並（bìng）將優化（huà）結果應用於某模具樣件加工試驗，試驗結果表明，優化後的伺服係統響應性能和機床的加工性能（néng）都有（yǒu）所提高。

關（guān）鍵詞：伺服優化；伺服係統；SERVO GUIDE；加工質量

數控機（jī）床是模具產品的生產載體，其伺服係統性能的好壞直接影響著模具產（chǎn）品的加工（gōng）質量。一般（bān）在機床剛出廠時（shí），廠家會給定一組能夠（gòu）保證正常（cháng）加工的參數值，但並不能發揮機（jī）床最佳的（de）加（jiā）工性能[1]。另一種情況是隨著數控機床使用時（shí）間的增加，機床的機械性能發生了變化。此時與之相關的伺服參（cān）數也要隨之做出調整，否則會引起機床（chuáng）機電不匹配，造成機床運行不穩，產生振動，使得零件加工（gōng）表麵存在振紋、過切（qiē）等表麵質量不（bú）佳的（de）問題[2]。因此為了保證模具產品的加工精度和表麵質量（liàng），對數控機床伺服係統進行優化顯得尤為必要。

文中通過FANUC SERVO GUIDE 軟件測試機床的（de）伺服（fú）係統（tǒng）性能（néng），針對測試結果，對機床伺服係統三環參數、背隙（xì）加速等參（cān）數進行逐步調試和優化，以獲得良好的伺服動（dòng）態性能和機械剛性（xìng），使數控機床處於穩定的工作狀態，充分發揮最優加工（gōng）性能，從而（ér）提升（shēng）模具產（chǎn）品加工品質和精度。

1 、伺服優化原理和內容

1.1 伺服優化原理

數控機床伺服係統（tǒng）優化的目的，是為了更好地優化機械特性（xìng）和電氣特性之間的配合，以獲得更（gèng）高的伺服係統響應和機械剛性，從而獲得更好（hǎo）的加（jiā）工性能[2]。FANUC 伺服係統控製采用（yòng）三環控製的方式，如（rú）圖 1 所示[2-3]。

圖（tú）1 伺服控製原（yuán）理圖

FANUC係統將伺（sì）服三環控製集成在NC的（de）軸卡上，通過（guò）接（jiē）收NC所發出的指令，經軸卡的三環處理後輸出至放大器，驅動電機運行（háng）。最內環是電（diàn）流控（kòng）製，中間環是速度控製，最外環為位置控製。三環中，電流環是整個伺服（fú）係統（tǒng）控製（zhì）的根本環（huán）節，作（zuò）用是提高係統（tǒng）的快（kuài）速性，限製（zhì）最（zuì）大電（diàn）流，使係統有（yǒu）足夠大的加速轉矩。速度環是伺服控製的中間環節，作用是提高係（xì）統抗負載（zǎi）擾動能力，抑製速度波動。位（wèi）置環是最（zuì）外環，其作用是保證係統的靜（jìng）態精度和動態跟隨性能[4]。三環中，電流環（huán）響應速度（dù）最快，其次是速度（dù）環，最後是位置環。若（ruò）要提高位置（zhì）環回路增益須先提高速度環回（huí）路增益，否則容易導致機床振蕩，運行不穩。因此（cǐ），伺服優化應遵循“由內而外”的原（yuán）則，秉（bǐng）承先電流環、後速（sù）度環，最後位置環的先後（hòu）順序進行優化。

伺服（fú）優化的實質（zhì）是根據機床的頻率響應曲（qǔ）線、圓弧測試圖進行分析，合理調整（zhěng）伺服三環參數，盡可能使各軸精（jīng）確的跟隨（suí）移動指令和抑製幹擾扭矩，即在一定的機械狀態下確保伺服係（xì）統（tǒng）不會出現振蕩，保證三環控製回路能夠（gòu）在高響應、高剛性下“和諧”工作[5-6]。

1.2 伺服優化的內容

對於數控機床伺服優化主要包括兩個（gè）方麵[7]：

（1）提高伺服電機增益，抑（yì）製機床振動通過（guò）頻率響應測試抑製機床共振點，提高機床增益，以匹配機床的機械剛性、提高電機的響應速度。

（2）循圓象（xiàng）限凸起抑製，調整加工（gōng）精度通過觀（guān）察機床圓弧（hú）象限測試進行調整，抑（yì）製伺服軸換向時的凸起，消除加工時的象限痕。

2 、伺服優化案例分析

2.1 加工故障現象

某加（jiā）工中心使用 FANUC 0i-MF 係統（tǒng）加工模具產品試件，使用AICC功能，進給量為2000mm/min, 經加工後，零件加工表麵有明顯的振紋，存在過切，如圖2所示。

圖（tú）2 優化前試件（jiàn）

2.2 伺服優（yōu）化方案

（1）首先利用 SERVO GUIDE 軟件測試機床 3 軸靜態頻率響應曲線，觀察機床的機械性能。靜態頻率響應測試是 SER⁃VO GUIDE 調試中非常重要的一環，它波形的好壞反映了機床很重要的機械（xiè）特性，它調整（zhěng）的好壞直接影響了後續圓弧部分的（de）調整，以及機床（chuáng）運行的平穩和加工效果的好壞，在整個（gè）調試（shì）中具有非常重的分量。頻率響應測試通過頻率響應測量各軸的共振點，並用濾波器參數來抑製共振[5]。在滿足波形要求，保證（zhèng）共振點被抑製的情況下，提高速度環路增益。以 X 軸測（cè）試為例（lì），優化前頻率響應圖如圖3所（suǒ）示。

圖3 X軸優化前頻率（lǜ）響應波形

調試中主要（yào）以幅頻特性曲線作為考察伺服特性的主要依據[5]。由圖3 可（kě）知，幅頻曲線在低頻 50HZ—200HZ 範圍內幅值低於 0d B，表示係統響應滯（zhì）後。先檢查電流環參數，發現“HRV+

控製有效”未選中，如圖4所（suǒ）示。此功能是在HRV3基礎上進行控製（zhì）的，即HRV3+功能，可以實（shí）現電流環更高速響應（yīng）和較高的速度增益設定。選中“HRV+控（kòng）製有效”選項，再（zài）次測試頻（pín）響曲線，如圖5所示。

圖4 電流環參數

圖5 X軸優化中頻率響（xiǎng）應波形

在使用了（le）HRV+控（kòng）製有效後，低頻部分幅值基本接近0d B,係統響應滯後明顯改善。但高頻部分在 380h Z 左右仍存在明顯的共振點。調試中逐步（bù）加入濾波器來抑製高（gāo）頻振蕩。在使用 HRV 濾波器後（hòu）機床高頻共振（zhèn）被抑製，振蕩現象明顯減弱。機床消除振動的原則是在抑製掉高（gāo）頻振蕩點後，確保機床平穩運行的狀態下盡可能提高機（jī）床伺服係統速度增益[4]。經反複調試，最終將速（sù）度環增益（yì）由原來的 150 調整到最終的（de） 180。優化前後的速度環參（cān）數設置如圖6所示。

（a）速度增益優化前

（b）速度增益優化後

圖（tú）6 速度環關鍵參數

最終優化後X軸頻響特（tè）性曲線如圖7所示。此時曲線的最高點低於5d B,高頻衰減區域的幅值低於-20d B。經（jīng）優化後的機床（chuáng）機械特性（xìng）已明顯提高，既充分發揮了伺服的剛性餘量，又保證了伺服軸的穩定運行。

圖7 X軸優（yōu）化後（hòu）頻率響應波形

（2）在合理優化了三軸（zhóu）伺服環增益，確保三軸在高剛性下穩定（dìng）運行後。將 CMR（柔性齒（chǐ）輪比）擴大 10 倍（係統檢測精度提升）。因（yīn）為在機械性能較好的前提下，擴大CMR倍數能夠改

善電流（liú）特性曲線，使得機床運（yùn）行更加平（píng）穩，降低電流波動（dòng），對（duì）加工表麵的光潔（jié）度一定的改（gǎi）善作用。

（3）經上述調試後，機床高頻振動被抑製，伺（sì）服響應性（xìng）能有所提高。再次加工，奔馳件試（shì）件表麵振紋已明顯（xiǎn）改善，但加工試件上仍存在過切現象，需（xū）通（tōng）過圓度測（cè）試進（jìn）一步檢測。以 XY

插補圓弧為例，如圖（tú）8所示（shì）。橫軸（zhóu）為X軸，縱軸為Y軸。

圖8 XZ軸圓弧調整前圖形

圖9 XZ軸圓弧調整後圖形

根據XY軸圓度測試圖分析，四個象限均有凸起，Y軸兩象（xiàng）限凸起接近 10um。這可能（néng）是造成（chéng）工件加工爬坡過（guò）切的（de）原因。在機床係統（tǒng）中，當反衝摩擦的影響較（jiào）大時，在電機反轉時，就會產生延遲，造成圓弧切削時的象限凸起。以Y軸為（wéi）例，嚐試對（duì）Y的象限凸起（qǐ）進行補（bǔ）償，試著將背隙加速補償參數調大，觀察Y 軸（zhóu）象限凸起有所改善，經反複調試，將（jiāng） Y 軸背隙加速補償量（NO. 2048）由原來的 200 增加到 600，背隙加（jiā）速（sù）有效時間（NO.2071）由原來的0增加到10。X軸背隙加（jiā）速補償量由原來的0增加到300，背隙加速有效時間由原來的0加到6。經優化後的XY軸圓弧圖形如圖9所示。四個（gè）象限凸起均被（bèi）抑製在5um以內，明顯改善。

2.3 加工測試

完成上述步驟調試後，使用AICC功能，再次加工。由於（yú）高頻振動得到抑（yì）製，象（xiàng）限凸起現（xiàn）象改（gǎi）善，使得機床運行平穩。最終加（jiā）工（gōng）效果刀路整（zhěng）齊，表麵光滑無振紋，過切現象有所改（gǎi）善（shàn）。加工後試（shì）件如圖10所示。

圖10 優化後試件

3 、結語

經試（shì）驗研究結果表明，通過 FANUC 伺服優化可有效解決模具加工中零件表麵振紋和（hé）過切現象，改善模具產品表麵加工品質和加工精度，提高數控機床的加工性能。在實（shí）際伺服優化過程中，由於各廠家機床本身機（jī）械的不同，裝（zhuāng）配的差異，其伺服參數調整會有些差異，即便是同一台機床不同時期因磨損使用程度的不同，其伺服（fú）優化（huà）也並不完全相同，但整個伺服優化的方法和流程大體一致。伺服優化是一項煩瑣的工作，需反複調試（shì），摸索（suǒ）總結，方能（néng）確定好的優化結果（guǒ）。

投稿箱：
如果（guǒ）您（nín）有機床行業、企業（yè）相（xiàng）關新聞稿件發表，或（huò）進行（háng）資訊合作，歡迎聯係本網編輯部，郵箱：skjcsc@vip.sina.com

更多相關信息

名企推薦

業界視點

| 更多

行業數據

| 更多

博文選萃（cuì）

| 更多

數控（kòng）機床