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
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。
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。
“高速、高精加工的伺服参数调整”。
２
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
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
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
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
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
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*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
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。
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
切削
16i
15i
设定值
/快
移可
切换
⑴伺服HRV2No
No1874
设定电流周期为125μs的
控制（*1）
2020
电机型号
⑵速度环比
No
No
1（使该功能生效）近似
2017
例项高速处理
1959,#7No
1500-2000（伺服调整画面
○
No
功能
1875
速度增益:
700%-900%）
2021
No
振荡的中心频率30（用于
⑶消振滤波
2113
No1706No祛除200Hz或更高频率的
器
No
2620
谐振,设定较高的速度环增
2177
益）
No
2007#6No
1（使精细加/减速生
⑷精细加/减
No
1951#6No
效）1（线性精细加/减
?
速增益功能
2209#2
1749#2No
速）16（精细加/减速时间
○
No
1702
常数）
2109
No
2005#1No
1（使前馈功能生
⑸预读前馈
No
1883#1No
效）9700-9900（前馈系
○
2092
1985No
数）近似100（速度环前馈
○
No
1962
系数）
2069
⑹位置增益
No
No1825
8000-10000（初始设定约
1825
5000）
No
2013#0No
No
1707#0No
11150100%-400%（只在高
⑺伺服HRV32202#11742#1No
速HRV电流控制方式的切
控制
No
2747No
削进给时有效）
2334
2748
No
2335
○“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
“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
“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
“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”。
（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）。
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）
“切削进给/快速移动的切换功能”。
⑤前馈系数调整
“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
⑦伺服HRV3的调整
需要设定以下参数：
[HRV3参数的设定]
No2013#0（16i），No1707#0（15i）：
1（使HRV3功能生效）
No2202#1（16i），No1742#1（15i）：
1（使速度环增益的切削进给/快速移动切换功能生效）
No2334（16i），No2747（15i）：
150（高速HRV电流控制的电流环增益倍率）
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]
No2335（16i），No2748（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。
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No2206#7（16i），No1746#7（15i）为1。
两个伺服轴用同一个DSP控制时设定这一位。
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。
8
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
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No2206#7（16i），No1746#7（15i）复位为0。
9
（1）概述
本节叙述预读控制，高精度轮廓控制和AI纳米轮廓控制及按进给速度差值CNC
进行加/减速时确定伺服参数的步骤。
（2）标准设定
*1使用该功能时，可能出现高频振荡，取决于机械的谐振点。
在这种情况下，不要使用这一功能。
若高频振荡出现在高增益下，可使用转矩指令滤波器。
*2不使用精细加/减速，而使用CNC的插补后直线加/减速。
在批量传送程序数
据时，不要使用精细加/减速，而使用CNC软件的插补后直线加/减速。
*3对于快速移动，用带前馈的精细加/减速实现高速定位，需要的时间常数约为
40—64ms。
此时，可使用精细加/减速的切削进给/快速移动切换功能。
10
（3）速度增益的调整
“增益调整步骤”调整速度环的增益。
在可能的条件下使用伺服HRV2控制。
[调整目的]
使用尽可能高的速度环增益，可以获得以下效果：
●改善伺服的刚性
●改善伺服的响应
在正常进给加工时，只要不出现振荡，高的速度环增益会改善表面精度和加工形状精度。
高的速度环增益可改善高速、高精度加工以及高速定位的性能。
为了设定稳定的速度环高增益，使用速度环的比例项高速处理功能是非常有用的。
正如下面例中所述，高速、高精度加工的效果取决于允许的速度环最大增益值。
（4）前馈系数的调整（加工圆弧R10/进给F4000）
[调整目的]
在通常无前馈控制的位置控制回路中，按下式输出速度指令：
（位置偏差）×（位置环增益）。
这就是说，只有在机床的指令位置和实际位置有误差时机床才能移动。
例如，当
位置增益为30[1/s]，进给速度为10m/min时，其位置偏差为5.56mm。
对于直线插补，位置偏差不会造成零件的形状误差。
但在加工圆弧或拐角时，就会造成大的形状
误差。
消除位置偏差的有用功能是位置前馈。
前馈功能是将CNC的位置指令变为有补
偿功能的速度指令。
前馈可减小位置偏差（理论上为0），因此，可使圆弧或拐角的
形状误差大大减小。
但是，伺服响应性能的改善，有可能使机床出现冲击。
为避免这一情况，必须同时使用插补前的加/减速功能。
11
[值的调整方法]
理论上，前馈系数100%时的位置偏差为0，消除了形状误差。
但是，实际上，有速度环的响应时滞。
所以，稍小于100%的值可加工出指令的形状。
通常，最佳值为95%--99%（设9500--9900）。
默认值为9800。
首先在加工圆弧时进行观察调整前馈系数（开始调整前先设定速度环的前馈系数
为50%）。
[实际调整]
编制加工圆（R10/F4000）的下列程序，用调试软件RD测量加工时的刀具运动轨迹。
程序中的G08P1和P08P0是16系统的起动和结束预读控制的G代码。
12
μ
图3.4
速度增益：
100%速度增益：
100%
预读前馈系数：
95%预读前馈系数：
98%
FAD时间常数：
24ms（线性）FAD时间常数：
24ms（线性）
4.3（d））。
速度环增益：
200%速度环增益：
300%
预读前馈系数：
98%预读前馈系数：
99%
FAD时间常数：
24msFAD时间常数：
24ms
（5）速度环前馈系数的调整（用4角有1/4圆弧的方形工件）
[调整步骤]
前馈可减小位置偏差和加工形状误差。
若速度环对速度指令的响应低，速度控制就不能按指令速度所要求的大的加速度运行，因此造成了加工形状误差。
速度环的响应可用增加速度环增益和调整速度环前馈系数来改善。
13
速度前馈是将速度指令的一部分（速度指令乘以适当的系数）送给电流环对转矩
指令进行补偿。
在速度环（PI控制），只是在指令速度与实际速度不同时（有速度偏差）才有补偿转矩。
另外，速度前馈是根据以前指定的加速度值进行转矩指令的补偿。
用速度前馈可以减小由于速度环的时滞造成的形状误差。
[前馈系数值的调整方法]
可用下列公式。
但在实际调整中，开始时的速度前馈系数用100。
（速度环的前馈系数）＝100×（电机的转子惯量＋负载惯量）／电机的转子惯量
[实际调整]
用4角有圆弧（半径5mm）的方形工件进行速度前馈系数的调整。
调整时，应使按圆弧半径箝制进给速度的功能无效（该功能无效后，或如下例，要保证进给速度等于或高于可以指定的F4000）。
按大写字符P键，以显示基准形状。
执行程序并测量实际运行轨迹。
于是，在同一图上画出下面所示的实际轨迹和基准轨迹。
14
μm的形状误差，即使在XY方式也可以看到。
但是，如果预读前馈生效，形状误差即减小，除非将误差放大很难在图形上看到。
此时，使用形状补偿方式（轮廓方式），只是为了显示而将误差放大（ctrlO）。
速度环增益：
200%速度环增益：
100%
预读前馈系数：
99%预读前馈系数：
99%
FAD时间常数：
24ms（线形）FAD时间常数：
24ms（线形）
速度前馈系数：
0%速度前馈系数：
X100%
15
速度增益：
100%速度增益：
100%
预读前馈系数：
99%预读前馈系数：
99%
FAD时间常数：
24ms（线性）FAD时间常数：
24ms（线性）
速度增益系数：
X200%，Y200%速度增益系数：
X120%，Y180%
圆弧区域的变形可以用增加速度增益值使其变小（图3.4.3（l））。
16
速度增益：
300%
预读前馈系数：
99%
FAD时间常数：
24ms（线性）
速度增益系数：
X120%，Y180%
（6）按圆弧半径的进给速度箝制参数的调整
[调整目的]
如前所述，速度环前馈系数的调整可以改善速度环的响应延时，从而减小了加速度变化大的区域的形状误差。
但是，只靠速度前馈不能完全消除加工的形状误差。
而且，如果机床的刚性低，机床可能由于加速度的变化而振动。
为了减小加速度大的区域的加速度的变化，应减小目标方向的指令进给速度。
加
工时（预读控制），按圆弧半径箝制进给速度的功能可实现对进给速度的控制（减小）。
对该功能的参数进行调整，可以找到机床允许的垂直方向的加速度值。
如下所述，该
值可用于设定高精度轮廓控制（连续小程序段）中“根据加速度降低进给速度”的参数的基准。
17
上图中，R是圆弧半径，F是进给速度。
则垂直方向（径向）的加速度为F2/R。
按半径箝制进给速度功能指定R和F做为确保径向方向的加速度不超过指令值的参数。
例如，指令R=5mm，F=4000mm/min作为按圆弧半径箝制进给速度功能的参数，则圆弧的径向加速度为：
F2/R=（4000/60）2/5=889mm/sec2
当用高精度轮廓控制时，要设定同样的加速度值作为小程序段按加速度限制进给
速度功能的参数。
上例中，若切削的进给速度为F4000（mm/min），则要求达到这一速度的时间计算如下：
4000/60/889*1000=75msec
当用圆弧半径箝制进给速度功能减小了沿圆弧的进给速度时，加工的形状精度就
可以得到改善。
但是此时的负面效果是：
要求的加工时间较长。
图3
速度功能时速度功能时
18
[调整值的设定建议]
经验上，设定下列值是适当的。
参数号请见响应CNC的参数说明书。
高刚性小型机床：
拐角圆弧R5时，设F4000（889mm/sec2）
刚性相对高的中型和小型加工中心机床：
拐角圆弧R5时，设F3000（500mm/sec2）
大型机床：
拐角圆弧R5时，设F2500（347mm/sec2）
高刚性的大型机床：
拐角圆弧R5时，设F2000（222mm/sec2）
[实际调整]
（7）用进给速度差限制拐角加速度功能的允许速度差的调整
[调整目的]
19
[设定建议]
具体的参数号，请见相应的CNC说明书。
高刚性的小型机床：
F400
相对高刚性的中型和小型加工中心：
F300
大型机床：
F200
[实际调整]
执行下列程序，测量刀具的实际轨迹。
μμm（进给速度为F300）。
若即使拐角处的进给速度降到接近于0也不能去掉过冲，其原因可能是插补前的
加/减速度太大。
此时，须设定大的插补前加/减速的时间常数。
（此时，加工时间就相当长。
）
图3.4.3（s）绘出了使用拐角降速功能沿X和Y的（拐角1）进给速度。
20
21
使用α电
机
上面的叙述是使用αi系列电动机（16i-B，18i-B，15i-B，0i-B等）的情况。
使用α电动机时（16i-A，18i-A，15i-A，16，18，0i-A等），调整方法与之基本相同，但参数号稍有不同。
此时
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