FANUC数控系统伺服调整

一、调整形状轮廓误差

　　1、三环控制

　　数控系统的伺服控制多采用位置环、速度环及电流环等三环控制（图1），各环作用如下。

　(1)位置环。接收数控单元(NC)的移动指令脉冲(Mcmd)与位置反馈脉冲比较运算，准确控制机床定位。

　　(2)速度环。接收位置环传入的速度指令(Vcmd),进行加减控制，抑制振荡。积分项(PK1V/S)对应参数2043，在伺服画面中为INT.GAIN项；比例项(PK2V)对应参数2044，在伺服画面中为PROP.GAIN项。

　　(3)电流环。通过转矩指令(Tcmd)并根据实际负载的电流反馈状态对放大器实施脉宽调制(PWM),输出转矩随负载转矩的变大而变大，反之亦然。

　　速度环和粗糙有关，位置环和轮廓形状有关，即调试或加工过程中出现问题，排除机械原因外，若从伺服控制的角度解决问题，粗糙度不良应调整速度环的参数；若出现轮廓形状误差变大，则应重点调整位置环。

　　2、速度环参数调整

　　速度环中最关键的参数是负载惯量比，其在0系统和18i、16i、0i系统中分别对应的参数是8X21和2021。在伺服调整画面中，负载惯量比以速度增益(VELOC GAIN)形式出现。速度环的增益与负载惯量比的关系为设定值＝[(负载惯量比+256)×100]/256，无负载时，负载惯量比为0，因此速度增益为100；负载与电机惯量相同时，负载惯量设为256，这种状态称为惯量匹配，此时速度增益为200。速度增益应尽量设高一些，一般设为200。通过增大速度增益，可提高伺服刚性和伺服响应性，解决振动和粗糙不良等问题，但是过大的设定值会引起机床振动。

　　3、位置环参数调整

　　位置环和轮廓开关精度有关，实际中加工一个圆，伺服调整软件SERVO GUIDE通过测圆修正形状轮廓误差。在位置环中调整形状轮廓误差时，涉及到以下一些调整。

　　(1)前馈的调整。从数控系统发出指令到伺服系统驱动电机运动，这个过程会有一个滞后。伺服系统的滞后产生形状误差，圆弧切削时的实际机械位置与程序指令存在差异，前馈的功能就是减小形状误差，即电机先于指令动起来，使电机有一个提前运动量，以克服伺服系统的滞后。?0系统中参数8X05#1(第一位)值设为1，前馈功能有效；设为0，前馈功能无效。?前馈的调整主要是调整前馈参数(FALPH),0系统中对应参数是8X68,16i、18i、0i系统中对应参数是2068，取值范围9000~10000。AIAPC(精细加工)、AICC(精密轮廓控制)加工中对应参数2092。每次调整值以200递增。0系统中X值为1、2、3、4时，分别对应第1轴、第2轴、第3轴、第4轴。

　　(2)各轴插补后切消进给的加减速时间常数的调整。如果值选取小，轴启动时加速度会急剧变化，容易出现冲击。取值范围一般从24开始设定，单位是ms,每次以8个单位递加，如32，40等。普通加工情况下，0系统和16i、18i、0i系统对应参数分别是0635和1622，16i、18i、0i系统的AICC、AIAPC中调整参数1768。

　　(3)各轴伺服环增益的调整。在伺服调整画面中显示为LOOP GAIN(响应时间，取值范围3000~5000，单位0.01s-1),该参数很重要，环路增益越大，则位置控制的响应越快，形状误差变小，但如果过大，系统将不稳定，产生振动。0系统和16i、18i、0i系统对应参数分别是517和1825。

　　(4)反向间隙加速功能的调整。在机械系统中，如果反向间隙及摩擦很大，会造成电机反向时滞后，在圆弧切削时产生象限突起，即加工圆时在0°、90°、180°270°四处产生突起，除做反向间隙补偿外，还可使用反向间隙加速功能，相关参数如下：?反向间隙加速功能有效。0系统参数8X03的#3(第三位)和16i、18i、0i系统参数2003的#3(第三位)均设为1。?反向间隙加速量。0系统和16i、18i、0i系统对应参数分别是8X48和2048，设定值范围50~400，一般设为100。?反向间隙加速时间。0系统和16i、18i、0i系统对应参数分别是8X71和2071，一般设为20。

二、抑制机械振动

　　需要根据系统是全闭环还是半闭环分别处理，半闭环的位置检测信号来自伺服电机的编码器，全闭环的位置检测信号来自光栅尺或磁尺。

　　1、系统半闭环时抑制振动的方法

　　(1)调整250μs加速度功能。加速度反馈功能是用软件对电机的速度反馈信号微分而得到加速度，再将该值乘以加速度反馈增益以补偿转矩指令．抑制速度环的振荡。实际是估算机械负载，将估算值加到反馈中。适用情况：①电机与机械负载弹性连接。②机械惯量比电机惯量大。O系统和16i、18i、0i系统对应参数分别是8x66和2066，设定值一1—20。

　　(2)使用HRv滤波器(最常用)。使用HRv滤波器可抑制某种频域的振动，即过滤掉某些特定频率的振动。FANUC 0li系列伺服控制器采用HRV1～HRV4高响应矢量控制技术，提高了伺服控制的刚性和跟踪精度，适合高精度轮廓加工。HRVl、HRV2、HRV3、HRV4电流环响应速度依次越来越快。

　　HRV滤波器中涉及的相关参数：①中心频率，产生振动时频率的中心部分。16i、18i、0i系统对应参数是2113．0系统没有对应参数。②带宽，振动时频率的范围，常设为20。振动的中心频率和带宽必须要通过某种方法(如使用SERVO GUIDE软件或频率计等)检测出来。③阻尼值，对振动幅度抑制的程度，16i、18i、0i系统对应参数是2359，阻尼值常设为5％或10％，取值越小，抑制幅度大。

　　2．系统全闭环时抑制振动的方法

　　当电机与机床之间的转矩变化和间隙等较大时，如蜗轮蜗杆传动中．机床速度与电机速度在加减速时将会产生很大差异。可采用机械速度反馈功能，提前估算机床速度，加入到速度控制中，以稳定整个位置环的功能．相关参数如下。

　　(1)机械速度反馈功能有效信号(MSFE)。0系统8X12的#1(第1位)和16i、18i、Oi系统2012的#1(第l位)均设为l。

　　(2)机械速度反馈增益(MCNFB)的设定。①0系统。0系统参数是8x88，McNFB=(a×4096×8192)／电机旋转一圈由光栅栏尺或磁尺发出的脉冲数，a取值范围0.3～1.0。②16i、18i、0i系统。16i、18i、0i系统参数是2088。参数2012#l=1时机械速度反馈有效；参数2叭7#7=l时，使用速度环比例项高速处理功能，参数2088设为正值；参数2017撑7=0时，2088中设为负值；柔性齿轮比N珊(对应参数2084，2085)为1时．2017#7=1，参数2088取值30～100，2017#7=0，参数2088取值-30～100；柔性齿轮比N，M(对应参数2084／2085)不为1时，2017#7=I，参数2088取值3000～10000，2017#7=0，参数2088取值-3000～10000。

　　速度环比例项高速处理功能是将速度环的比例项移到电流环中，相当于提高了响应速度，即提高了速度环的指令跟踪性，降低了干扰转矩的影响，提高了伺服刚性。