FANUC高速高精加工的参数调整.docx
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FANUC高速高精加工的参数调整
铣床、加工中心高速、高精加工的参数调整
（北京发那科机电有限公司 王玉琪）
使用铣床或加工中心机床加工高精度零件（如模具）时，应根据实际机床的机械性能对CNC系统（包括伺服）进行调整。
在FANUC的AC电机的参数说明书中叙述了一般调整方法。
本文是参数说明书中相关部分的翻译稿，最后的“补充说明”叙述了一些实际调试经验和注意事项，仅供大家参考。
对于数控车床，可以参考此调整方法。
但是车床CNC系统无G08和G05功能，故车床加工精度（如车螺纹等）不佳时，只能调整HRV参数和伺服参数。
Cs控制时还可调整主轴的控制参数。
使用αi电机…………………………………………………P2
使用α电机……………………………………………………P22
补充说明………………………………………………………P24
1
使用αi电机
3.4.1伺服HRV控制的调整步骤
⑴概述
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”。
２
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*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。
3
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）
功能
标准参数
16i
15i
设定值
切削/快移可切换
⑴伺服HRV2控制（*1）
No2020
No1874
设定电流周期为125μs的电机型号
⑵速度环比例项高速处理功能
No2017
No2021
No1959,#7
No1875
1（使该功能生效）
近似1500-2000（伺服调整画面速度增益:
700%-900%）
○
⑶消振滤波器
No2113
No2177
No1706
No2620
振荡的中心频率
30（用于祛除200Hz或更高频率的谐振,设定较高的速度环增益）
⑷精细加/减速增益功能
No2007#6
No2209#2
No2109
No1951#6
No1749#2
No1702
1（使精细加/减速生效）
1（线性精细加/减速）
16（精细加/减速时间常数）
○
⑸预读前馈
No2005#1
No2092
No2069
No1883#1
No1985
No1962
1（使前馈功能生效）
9700-9900（前馈系数）
近似100（速度环前馈系数）
○
○
⑹位置增益
No1825
No1825
8000-10000（初始设定约5000）
⑺伺服HRV3控制
No2013#0
No2202#1
No2334
No2335
No1707#0
No1742#1
No2747
No2748
1
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”）
4
（*1）当只使用电流周期250μs的电机时，设定应按以下修改：
No2004（16i），No1809（15i）设00000011（250μs电流周期）
No2040（16i），No1852（15i）设（标准值）×0.8
No2041（16i），No1853（15i）设（标准值）×1.6
⑷详细调整
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环的增益：
--将No2040（16i）或No1852（15i）修改后的值乘以0.6。
--将No2041（16i）或No1853（15i）修改后的值乘以0.6。
--No2041（16i）或No1853（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。
[速度环的增益调整参数]
No2017（16i）的第7位或No1959（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。
5
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]
No2113（16i），No1706（15i）
衰减中心频率{Hz}：
设为机床的谐振频率。
No2117（16i），No2620（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]
No2007#6（16i），No1951#6（15i）：
1（使精细加/减速功能生效）
6
No2209#2（16i），No1749#2（15i）：
1（线性精细加/减速）
No2109（16i），No1702（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”。
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”。
[前馈参数的设定]
No2005#1（16i），No1883#1（15i）：
1（使前馈功能生效）
No2092（16i），No1985（15i）：
9700—9900（预读前馈系数）
No2069（16i），No1962（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%。
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。
7
[位置增益参数的设定]
No1825（16i，15i）：
5000--10000
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