朱 強，孫 立

(①蕪湖職業(yè)技術(shù)學院機械工程學院，安徽 蕪湖 241006;②北京發(fā)那科機電有限公司，北京 100085)

當數(shù)控機床移動部件反向運動時，伺服電動機本身的反轉(zhuǎn)摩擦會引起反轉(zhuǎn)延時，另外機床傳動部分(絲杠、導軌)的摩擦也會引起電動機反轉(zhuǎn)延時。由于電動機的反轉(zhuǎn)延時，在加工工件的表面，電動機過象限處會產(chǎn)生一條象限線條，將會引起工件加工形狀誤差。本文以FANUC 數(shù)控系統(tǒng)為例，從半閉環(huán)伺服控制的角度闡述使用二級反向間隙加速補償技術(shù)解決上述問題的方法。

1 頻率響應(yīng)曲線

半閉環(huán)數(shù)控機床伺服控制框圖如圖1 所示。

圖1 伺服控制框圖

上述框圖中，將速度輸入信號和速度反饋信號取出如圖2 所示，將兩組信號放在一起比較，可以發(fā)現(xiàn)，輸出信號在幅值和相位上都發(fā)生了變化，產(chǎn)生衰減和滯后現(xiàn)象，如圖3 所示。

圖2 輸入輸出信號

圖3 輸入輸出信號比較

根據(jù)上述的曲線，將輸入信號和輸出信號的幅度比較，按下面公式計算:

將頻率作為橫坐標，幅度作為縱坐標，畫出幅頻響應(yīng)曲線，如圖4 所示。

圖4 幅頻曲線

2 實施方案

利用SERVO GUIDE 軟件測定某一個軸的頻率響應(yīng)時，有如圖5 所示波形。

圖5 補償前軸的頻率響應(yīng)波形圖

由圖5 可知，在低頻部分數(shù)值為-10 dB。其值越低于0 dB，反映的就是機械傳動部分摩擦力越大，必須對于這部分摩擦引起的反轉(zhuǎn)滯后進行補償，另外，電動機本身的摩擦也會引起反轉(zhuǎn)滯后，在頻率響應(yīng)波形圖上會使波形疊加，故也需對此進行補償。

針對上面的兩種原因，使用FANUC 伺服控制二級反向間隙加速補償功能:第一級用于補償電動機反轉(zhuǎn)摩擦轉(zhuǎn)矩，第二級用于補償機床傳動部分摩擦轉(zhuǎn)矩。由于不同機床的絲杠導軌傳動部分使用部件不同，相應(yīng)的摩擦力也不一樣。滾動導軌和滑動導軌相比，機械摩擦比較小，因此二級加速補償功能對于滑動導軌更加具有針對性。

二級反向間隙加速補償是在一級反向間隙補償功能的基礎(chǔ)上進行。所以二級補償?shù)钠瘘c和終點需要進行設(shè)定，它和一級補償之間的關(guān)系如圖6 所示。

調(diào)試中需要設(shè)定的參數(shù)如表1 所示。

圖6 二級反向間隙加速補償原理圖

3 實施步驟

以圓弧切削加工為例，象限位有條紋出現(xiàn)，二級反向間隙加速補償步驟如下:

(1)調(diào)整一級加速量

一級加速量在電動機一反轉(zhuǎn)時就加入，所以補償量的合適與否就看一開始反轉(zhuǎn)時是過切還是欠切。如圖7 所示，一級加速量設(shè)定過大，有過切現(xiàn)象，應(yīng)減小參數(shù)2048、2094 的設(shè)定值。設(shè)定舉例:P2048=150;P2094=150(如果各象限突起相同，設(shè)定在P2048，在兩個方向都補償一樣的量)。

圖7 有過切現(xiàn)象

圖8 過切現(xiàn)象解除

如圖8 所示，設(shè)定的一級加速量，沒有產(chǎn)生過切現(xiàn)象，為最佳的一級補償量。剩余的象限突起需要二級加速量進行補償。設(shè)定舉例:P2048=100;P2094=50(兩個方向需要補償不同量時，分別設(shè)定在P2048 和P2094 中，進行最佳量補償)。

(2)調(diào)整二級加速量

二級加速量是在一級加速量的基礎(chǔ)上進行的，所以二級加速的起點和終點需要進行調(diào)整，以下的幾種情況分別說明。

如圖9 所示，二級加速起點太遲、終點過早，補償時間太短，應(yīng)調(diào)整參數(shù)設(shè)置值。設(shè)定舉例:P2039=500;P2082=10;P2089=0。

圖9 二級加速起點遲、終點早

圖10 二級加速起點遲

如圖10 所示，二級補償?shù)钠瘘c有點遲，需要重新調(diào)整起點，修改時，保持終點不變。設(shè)定舉例:P2039=500;P2082=5;P2089=40(為保證終點不變，修改值為40)。

如圖11:二級加速的終點有點早，需要重新修改，此時保持起點不變。設(shè)定舉例:P2039=500;P2082=5(修改終點，保持起點不變);P2089=60。

圖11 二級加速終點早

圖12 二級加速起點、終點適當

如圖12:合理調(diào)整二級加速起點、終點，得到如圖12，由于二級加速量補償比較多，產(chǎn)生過切。此時需要調(diào)整二級補償量。設(shè)定舉例:P2039=150;P2082=5;P2089=60。

注:①調(diào)整二級補償量時，起點和終點可能需要重新設(shè)定，重新按照上面的步驟調(diào)整起點、終點。

②象限的突起有時通過加大二級加速補償量都消除不了突起，可以適當加大二級加速補償偏置。

③二級加速補償量設(shè)定太大，會引起電動機反向或停止時過硬，產(chǎn)生聲音。

④實際加工時，除去合理地在參數(shù)里進行補償外，還需要準確設(shè)定機械反向間隙補償。

通過以上二級反向間隙加速補償，圖5 的頻率響應(yīng)波形得到有效改善，補償后的波形圖如圖13 所示，經(jīng)過加工試切，其象限點處光順平滑。

圖13 補償后軸的頻率響應(yīng)波形圖

4 結(jié)語

數(shù)控機床伺服系統(tǒng)的反向間隙補償是一份十分復(fù)雜而繁瑣的工作。筆者整理了數(shù)控機床伺服系統(tǒng)二級反向間隙補償?shù)乃悸泛徒?jīng)驗，具有實踐指導意義。數(shù)控伺服系統(tǒng)經(jīng)過以上的調(diào)整，其加工性能將得到極大的發(fā)揮。

［1］北京FANUC 機電有限公司.FANUC 伺服調(diào)整教材(B-10085CM/09)［Z］.2006.

［2］北京FANUC 機電有限公司.FANUC 0i -C 維修說明書B -64115CM_01［Z］.2004.

［3］過慶琪.消除數(shù)控加工輪廓誤差的一種方法［J］.制造技術(shù)與機床，2000 (1):44.

［4］何紅欣.數(shù)控機床伺服系統(tǒng)的調(diào)整［J］.制造技術(shù)與機床，2006(8):120 -122.

［5］陳芳.數(shù)控機床伺服參數(shù)設(shè)定與調(diào)整［J］.機床與液壓，2009(7).