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數(shù)控機(jī)床震蕩消除及提高位置精度的方法

文章出處: 人氣:1296 發(fā)表時(shí)間:2020-02-06 16:26:22
數(shù)控機(jī)床震蕩消除及提高位置精度的方法

在半閉環(huán)控制的機(jī)床中,參數(shù)設(shè)定比較簡單,只要將電動(dòng)機(jī)的代號(hào)和功能位設(shè)定好,系統(tǒng)即可將NC系統(tǒng)、數(shù)字伺服、電動(dòng)機(jī)和機(jī)床合理匹配。所以經(jīng)過初始化設(shè)定后,機(jī)床一般即可以平穩(wěn)可靠運(yùn)行。為了提高數(shù)控機(jī)床的加工精度,全閉環(huán)控制在越來越多的機(jī)床上得到應(yīng)用,但是在全閉環(huán)控制后,因?yàn)闄C(jī)床結(jié)構(gòu)不同,安裝時(shí)出現(xiàn)的各種問題,都會(huì)影響全閉環(huán)控制過程的平穩(wěn)性和快速響應(yīng),最終影響全閉環(huán)控制的精度。



消除震蕩的對(duì)策

半閉環(huán)時(shí)消除震蕩的方法

首先分清震蕩的大概頻率,如果是斷續(xù)的、有規(guī)律的低速震蕩,我們稱之為低頻震蕩;而較異常,頻率在100 400赫茲時(shí)稱為高頻震蕩。

對(duì)于低頻震蕩,對(duì)于FANUC0i系列數(shù)控系統(tǒng)我們可采取如下措施:

(1)降低位置環(huán)增益  參數(shù)為P1825,標(biāo)準(zhǔn)值設(shè)定為3000,作適當(dāng)降低,震蕩一般均可消除。

(2)降低負(fù)載慣量比  參數(shù)為P2021,一般設(shè)定在≤70%,稍有起振為宜。

(3)加入比例積分(PI)控制  參數(shù)P2003#3,設(shè)定為1,使PI控制使能。

(4)適當(dāng)增加速度積分增益   參數(shù)P2043,該值在初始化時(shí)已經(jīng)生成標(biāo)準(zhǔn)值,如果該值較低時(shí),響應(yīng)較差,因此需要先把(2)中所述的負(fù)載慣量比返回初始值后,再將此參數(shù)適當(dāng)增加。

4)加入觀測(cè)器功能  如果加入轉(zhuǎn)矩指令濾波器不起作用,可能是震蕩頻率在數(shù)百赫茲以上,這是可加入觀測(cè)器功能。此功能實(shí)際上是對(duì)速度指令中的高頻成分進(jìn)行分離,并加以擬制。設(shè)定參數(shù)如下:

參數(shù)P2003#2(OBEN),此位參數(shù)設(shè)為1,觀測(cè)器功能有效;

參數(shù)P2047,設(shè)定觀測(cè)器檢測(cè)系數(shù)POA1,設(shè)定值按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定(初始化設(shè)定);

參數(shù)P2050,設(shè)定觀測(cè)器檢測(cè)系數(shù)POK1,設(shè)定值按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定(初始化設(shè)定);

參數(shù)P2051,定觀測(cè)器檢測(cè)系數(shù)POK2,設(shè)定值按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定(初始化設(shè)定);

       以上是最基本的擬制方法,可在不同的機(jī)床上試驗(yàn)應(yīng)用,但因?yàn)闄C(jī)床的結(jié)構(gòu)和配置差別較大,震蕩產(chǎn)生的原因也不盡相同,所以不可以一概而論。

全閉環(huán)時(shí)消除震蕩的方法

      在全閉環(huán)控制過程中產(chǎn)生不同程度的震蕩,其消除對(duì)策可按以下步驟進(jìn)行。

降低位置環(huán)增益   參數(shù)為P1825,設(shè)定時(shí)在標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定值的基礎(chǔ)上適當(dāng)降低并觀察。一般情況下,先用此法,如不見效,再采取以下對(duì)策。

設(shè)定反向間隙和螺距誤差補(bǔ)償?shù)恼`差計(jì)數(shù)形式  參數(shù)P2010#4(HBPE,螺距附加到誤差計(jì)數(shù)器)的設(shè)定值為0(選擇螺補(bǔ)附加到全閉環(huán)形式的誤差計(jì)數(shù)器中,作為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定),參數(shù)P2010#5(HBBL,反向間隙補(bǔ)償時(shí)附加到誤差計(jì)數(shù)器)的設(shè)定值為0(選擇反向間隙補(bǔ)償值附加到全閉環(huán)形式的誤差計(jì)數(shù)器中,作為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定)。

采用雙位置反饋功能  如果機(jī)床在半閉環(huán)時(shí)是平穩(wěn)的,而在全閉環(huán)時(shí)有震蕩可用此功能。機(jī)床在安裝時(shí)可能會(huì)有反向間隙存在,如果間隙較大,而機(jī)械無法消除時(shí),就會(huì)成為全閉環(huán)振蕩的主要原因。采用該功能最主要就是調(diào)整一階時(shí)間常數(shù),使之在過渡過程中位置誤差按半閉環(huán)控制,而在停止時(shí)按全閉環(huán)控制。設(shè)定參數(shù)主要有P2078(雙環(huán)反饋折合系數(shù)的分子)、P2079(雙環(huán)反饋折合系數(shù)的分母)、P2080(雙環(huán)反饋一階延時(shí)時(shí)間常數(shù))和P2081(雙環(huán)反饋的零點(diǎn)幅度)。參數(shù)P2080的設(shè)定范圍為10~300ms,正常情況下設(shè)定為100 ms,如果在加減速期間有振蕩,可每次增加50 ms試之,如已消除,可在該基礎(chǔ)上減少20 ms。在此需注意的是,聯(lián)動(dòng)軸需要設(shè)定同樣的數(shù)據(jù)。P2081(雙環(huán)反饋的零點(diǎn)幅度)一般先設(shè)定為0,如有振蕩,可稍微增加,單位為um。

用機(jī)械速度反饋功能   一般在加入全閉環(huán)后,對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)鏈較長的坐標(biāo),如加工中心轉(zhuǎn)臺(tái)(具有齒輪減速和蝸輪蝸桿傳動(dòng)),不可避免地在電動(dòng)機(jī)和轉(zhuǎn)臺(tái)之間形成了彈性環(huán)節(jié),這也是產(chǎn)生振動(dòng)的原因之一。

如果在電動(dòng)機(jī)和轉(zhuǎn)臺(tái)之間形成了彈性環(huán)節(jié),則全閉環(huán)位置反饋響應(yīng)要慢一些,而速度反饋是直接取自電動(dòng)機(jī)上的編碼器,這時(shí)會(huì)產(chǎn)生振蕩,如加入機(jī)械速度反饋環(huán)節(jié),可以使急需速度滯后的情況得到補(bǔ)償,從而消除振動(dòng)。當(dāng)參數(shù)P2012#1(MSPE)設(shè)定為1時(shí),該功能有效;參數(shù)P2088(機(jī)械速度反饋增益)的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定為30(設(shè)定范圍30~100)。

      以上是全閉環(huán)控制時(shí)消除振蕩的一些基本對(duì)策,在實(shí)際工作中要認(rèn)真觀察振蕩的現(xiàn)象,結(jié)合機(jī)床的結(jié)構(gòu)和配置情況,分析振蕩的根源,找出合理有效的方法,均能獲得滿意的效果。

全閉環(huán)時(shí)提高位置精度的方法

  如何提高全閉環(huán)的定位精度

  1.反向間隙的補(bǔ)償

     通常,首先要求機(jī)械安裝完成后的反向間隙必須保證在一定范圍內(nèi)。因?yàn)榉聪蜷g隙在不同速度下切換方向時(shí)的數(shù)值不同,所以FANUC0i將進(jìn)給和快速時(shí)的反向間隙分開進(jìn)行補(bǔ)償,傳統(tǒng)習(xí)慣上只是設(shè)定前者,這是不可取的。參數(shù)P1851(各軸進(jìn)給時(shí)的反向間隙補(bǔ)償值),按切削進(jìn)給(一般取500~1000mm/min)時(shí)檢測(cè)的反向間隙值設(shè)定(用激光干涉儀測(cè)量);參數(shù)P1852(各軸快速時(shí)的反向間隙補(bǔ)償值),按快速(例如10000 mm/min)時(shí)檢測(cè)的反向間隙值設(shè)定(用激光干涉儀測(cè)量);參數(shù)P1800#4(RBK)設(shè)定為1,則切削和快速的反向間隙可以分別生效。

2.螺距誤差的補(bǔ)償

       FANUC0i系統(tǒng)對(duì)每軸都可設(shè)置多達(dá)128點(diǎn)的螺距誤差補(bǔ)償點(diǎn)數(shù)。為了提高精度,建議用5 mm或10 mm的間隙進(jìn)行補(bǔ)償,效果更好。

3.補(bǔ)償計(jì)數(shù)器的設(shè)定

   全閉環(huán)控制時(shí),通常按如下設(shè)定:參數(shù)P2010#5(HBBL,反向間隙補(bǔ)償值加到誤差計(jì)數(shù)器中)設(shè)定為0;參數(shù)P2010#4(HBPE,螺距誤差補(bǔ)償值加到誤差計(jì)數(shù)器中)設(shè)定為0。在無振蕩的前題下,盡量提高位置環(huán)增益P1825,速度環(huán)增益P2043,P2045及負(fù)載慣量比P2021等參數(shù)。



      通過以上幾個(gè)步驟的調(diào)試,一般都能獲得很好的定位精度。

如何提高插補(bǔ)的輪廓精度

      插補(bǔ)的形式、參與插補(bǔ)軸的響應(yīng)差異及各軸的反向間隙等因素都影響輪廓的定位精度。最常見的是,在用圓弧插補(bǔ)切圓時(shí),通常發(fā)生偏心圓、凹凸圓、錯(cuò)位圓等現(xiàn)象。主要對(duì)策如下:

參與插補(bǔ)的各軸的位置環(huán)增益要設(shè)定一致

插補(bǔ)是一個(gè)脈沖分配過程,如果參與插補(bǔ)的軸響應(yīng)快慢不同,勢(shì)必造成軌跡偏移現(xiàn)象,因此該值首先要設(shè)定一致。在參與插補(bǔ)各軸在不振蕩的前題下,參數(shù)1825的設(shè)定值盡可能提高,而且必須一致。

使用反向間隙加速功能

反向間隙的存在是影響換向點(diǎn)輪廓精度的最主要因素,因此FANUC0i系統(tǒng)針對(duì)性地提出3種解決方案

1.常規(guī)反向間隙加速功能  用此功能一般步驟是:1)設(shè)定反向間隙補(bǔ)償值,參數(shù)P1851(間隙補(bǔ)償值)的設(shè)置總為正值,在半閉環(huán)有效;如果是全閉環(huán),可將P1851設(shè)為1,把參數(shù)P2006#0設(shè)定為1,即在全閉環(huán)中,反向間隙設(shè)定值不起作用。2)使用反向間隙加速功能 參數(shù)P2003#5設(shè)定為1,使能反向間隙加速功能。參數(shù)P2048(反向間隙加速范圍值)的典型設(shè)定為600。參數(shù)P2071(反向間隙加速有效周期)通常設(shè)定為50~100。3)如果過切,2.可加入反向間隙加速停止功能。參數(shù)P2009#7設(shè)定為1,使能反向間隙加速停止功能。參數(shù)P2082(反向間隙加速停止時(shí)間)的典型設(shè)定為5。

3.采用新反向間隙加速功能  即為適應(yīng)不同速度的切削條件,以指數(shù)形式加入反向間隙加速,效果更好。具體步驟如下:1)設(shè)定反向間隙補(bǔ)償。 2)使能新反向間隙加速功能,在常規(guī)新反向間隙加速功能中的2)、3)的基礎(chǔ)上,設(shè)置參數(shù)P2009#2為1,即新反向間隙加速功能有效

加入靜摩擦補(bǔ)償功能

當(dāng)機(jī)床由停止?fàn)顟B(tài)轉(zhuǎn)為激活運(yùn)動(dòng)時(shí),由于靜摩擦,機(jī)械運(yùn)動(dòng)必然滯后。設(shè)置參數(shù)包括:參數(shù)P2005#7,設(shè)定為1,靜摩擦補(bǔ)償功能有效。參數(shù)P2072(靜摩擦補(bǔ)償量),通常設(shè)置為100,當(dāng)克服靜摩擦運(yùn)行啟動(dòng)后,此補(bǔ)償要取消。故還需設(shè)置如下參數(shù):1)參數(shù)P2009#7,設(shè)置為1,可以取消靜摩擦補(bǔ)償功能;2)參數(shù)P2073(靜摩擦補(bǔ)償取消時(shí)間),設(shè)定值為8 ms的倍數(shù);3)參數(shù)P2097(靜摩擦補(bǔ)償停止參數(shù)),通常設(shè)置為55。

加入前饋功能 

前饋功能是對(duì)伺服系統(tǒng)運(yùn)算滯后的一種補(bǔ)償功能。設(shè)置參數(shù)包括:參數(shù)P2005#1設(shè)置為1,使前饋功能有效;參數(shù)P2068(前饋系數(shù)),典型設(shè)置值為70;參數(shù)P2067(速度前饋系數(shù)),典型設(shè)置值為50。設(shè)置好以上參數(shù),斷電并重新上電,如有超調(diào),可以適當(dāng)降低前饋系數(shù);如無超調(diào),可逆向調(diào)整之。

加入超前前饋功能

使用該功能時(shí),應(yīng)在前饋功能設(shè)置參數(shù)的基礎(chǔ)上再設(shè)置如下參數(shù):參數(shù)P2092(超前前饋系數(shù)),通常設(shè)置為9850。另外需要說明的是,前饋功能可在零件加工程序中用G08PI(或G08P0)設(shè)定(或取消)。

需要說明的是,在全閉環(huán)控制時(shí),提高精度和克服振蕩有時(shí)會(huì)相輔相成,有時(shí)也會(huì)發(fā)生矛盾,所以在調(diào)試過程中要多觀察現(xiàn)象,綜合分析,抓住主要矛盾,不可墨守成規(guī)。另外FANUC 0MC、15、、16、18、20、21等產(chǎn)品均有相同和類似功能,只是參數(shù)號(hào)各不相同,請(qǐng)推廣應(yīng)用。


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