FANUC高速、高精加工的参数调整
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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。
目录
使用αi电机…………………………………………………P 2
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） No 2020 No 1874 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 No 2017
No 2021 No
1959,#7
No 1875 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 No 2113
No 2177 No 1706
No 2620 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 No 2007#6
No 2209#2
No 2109 No 1951#6
No 1749#2
No 1702 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 No 2005#1
No 2092
No 2069 No 1883#1
No 1985
No 1962 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 No 1825 No 1825 8000-10000(初始设定约5000)
⑺ 伺服HRV3控制 No 2013#0
No 2202#1
No 2334
No 2335 No 1707#0
No 1742#1
No 2747
No 2748 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：
No 2004（16i），No 1809（15i）设 00000011（250μs电流周期）
No 2040（16i），No 1852（15i）设（标准值）×0.8
No 2041（16i），No 1853（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No 2040（16i）或No 1852（15i）修改后的值乘以0.6。
-- 将No 2041（16i）或No 1853（15i）修改后的值乘以0.6。
-- No 2041（16i）或No 1853（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]
No 2017（16i）的第7位或No 1959（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]
No 2113（16i），No 1706（15i）
衰减中心频率{Hz}：设为机床的谐振频率。
No 2117（16i），No 2620（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]
No 2007#6（16i），No 1951#6（15i）：
1（使精细加/减速功能生效）
6
No 2209#2（16i），No 1749#2（15i）：
1（线性精细加/减速）
No 2109（16i），No 1702（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”。
