M70铣床调试过程.doc

2010年12月11号华特天台M70铣床调试过程
客户反映主要加工问题归纳有三类：
1． 垂直侧面光刀后出现异常纹路（附加工效果图三张）
2． 倾斜面光刀后出现异常纹路（附加工效果图四张）
3． 内腔拐角光刀后异常纹路（附加效果图一张）
以上问题的机床参数及PLC见“1号数据”.因客户未保留加工程序，所以以上问题的加工程序无法附上。
我11号到客户现场后，对机床进行了重新调试优化，未动机械部分，只是在机床参数及伺服优化方面做调整，详细过程如下：
1,备份机床参数及PLC即1号数据。
2. 按机床上次的激光螺补数据设置2011和2012
（1号数据中2011和2012均为0）
X Y Z
2011 G00 20 18 25
2012 G01 22 16 28
3. 因伺服电机运行中仍然存在一定异响，决定重新调节伺服电机滤波。清除2238,2246,2237设定值。2205在1号数据里三轴均为90，未达到HF302标准速度环增益值140。将2205按标准值140设定。电机开始啸叫。根据驱动器诊断监控数据重新设置三轴2238值，滤波深度0，三轴速度环标准值下无异响，设定摩擦转矩SV045，Z轴不平衡转矩SV032后，在诊断画面看不到负载惯量，故没有设定2237值。
此时备份2号数据。
4，在标准值140基础上继续提高速度环2205值，各轴增加50，配合调节2246，最终发现三轴速度环提高到240较合适。此时备份3号数据。
5，利用A2版MS伺服优化软件对系统进行优化，因参数2003修改为00FF后会出现Y51 0002直线加减速参数设定异常，故保持2003为0021设置的基础上进行了优化，具体优化过程及优化数据截图见下：
A. 加振信号测定，XYZ附加截图三张
B. 速度环增益第一次调整，附加截图三张
第一次优化后速度环X:240到199
Y:240到286
Z:240到307
X Y Z
2283 000A 00A8 000A
2287 120 2000 120
2288 0 120 0
第一次速度环增益调整值2205相差大故未敢采用。
但2283,2287,2288调整值采用。
C. 时间常数调整结果相关参数未变附加截图一张。
D. 位置环第一次优化与第二次优化均以相同报警11号不知道怎么解决，故优化失败，附加报警时截图6张。最终放弃位置环优化
E. 丢步调整附加三轴截图三张。
F. 丢步三调整，依次XY轴，YZ轴，XZ轴，然后再XY轴。附加截图四张。
G. 后感觉不应该做丢步三，就将相关参数清除。
第一次优化后备份4号数据
6， 因第一次速度环优化后数据未采用，故决定进行第二次速度环优化。清除上次优化应用的2283,2287,2288，第二次速度环优化结果2205数值未变三轴均仍为240，故采用第二次速度环优化结果，包括第二次优化出的2283,2287,2288值。附加截图三张。
7，第二次位置环依旧失败，截图六张。
8，ARC SHAP ERRO误差测量，XY轴，XZ轴，YZ轴附加截图三张。
9，机械补偿：螺距补偿4101~4150 背隙球杆数据见参数2011与2012里涵盖。

　2 伺服驱动参数分析
　　三菱伺服驱动控制原理如图1所示。
　　三菱伺服驱动系统采用图1所示的三环控制方式。整个控制流程是通过位置环到速度环，再到电流环，最终到伺服电机。而伺服电机则将电流信号和速度信号分别反馈给电流环和速度环、位置环，从而实现快速、准确的运动控制。
　　2.1 电流环
　　电流环的作用是限制最大电流，使系统有足够大的加速扭矩。电流环控制参数主要包含电流回路q轴进给补偿#2209、电流回路d轴进给补偿#2210、电流回路q 轴增益#2211、电流回路d轴增益#2212，这些参数由伺服电机的电气特性决定的，根据电机型号设定相对应的标准值。
　　2.2 速度环
　　速度环的作用是抑制速度波动，增强系统抗负载扰动的能力。速度环控制参数主要有：速度回路增益1（#2205，简称：VGN1）、速度回路增益2（#2206，简称：VGN2）、速度回路延迟补偿（#2207，简称：VIL）、速度回路进给补偿(#2208，简称：VIA)。
　　速度回路增益1,是决定伺服控制响应性的重要参数，对机床的切削精度和切削循环时间有很大的影响，增大设定值则控制精度相应提高，但机械容易发生振动。使用滤波器参数抑制机械振动，尽可能提高速度环增益1设定值，是伺服调整之关键所在。
　　速度环超前补偿参数#2208主要决定速度环的低频带特性。标准值为1364，高速高精度控制时的设定为1900。对于惯量较大的负载、有时标准值可能会下降。对于高速轮廓切削（通常F在1000mm/min以上），为保证精度，VIA必须保持高的设定值（或标准值设定）。对重视切削循环时间的机械而言，提高速度环超前补偿值将改善相对位置指令的跟随性，缩短位置滞后收缩至定位宽度的时间。在改善精度和循环时间方面，如果VGN1的设定值较大（接近标准值），或使用与增加VGN1等效的干扰观测器的功能，VIA的调整将会更加容易。

　　2.3 位置环
　　位置环的作用是保证系统的动态跟踪性能，使系统稳定运行。位置环的控制参数主要有：位置回路增1（#2203，简称：PGN1）、位置回路增2（#2204，简称：PGN2）、SHG控制增益（#2257，简称：SHGC）。PGN1是决定对指令位置跟随性的参数，插补轴之间位置环增益应设定为相同值。增加PGN1设定值，可提高对指令位置的跟随性，缩短定位时间。
　　3 伺服参数调整要领
　　虽然三菱M700/M70数控系统推出了MS CONFIGURATOR伺服驱动参数自动调整软件，但自动计算的数据适用于通用场合，对于一些要求较高的情况，部分参数还需要根据实际测量结果进行手动调整。伺服驱动参数调整主要从两个方面入手:一是抑制机械振动；二是调整加工精度。
　　3.1 抑制振动的调整
　　提高速度环增益1设定值，机床控制精度相应地提高，但机械容易诱发振动。所以抑制振动的调整原则是使用滤波器抑制振动的同时尽量提高速度环增益1设定值。相关参数说明如表1所示。
　　（1） 滤波器设定方法
　　1) 设定参数#2233、#2283选择滤波器1、2、4、5，设定为振动频率；
　　2) 逐步提高滤波器深度补偿值，调整为能够消除共振的最佳值；
　　3) 不能消除振动时，使用于其频率相同的其它滤波器。
　　（2） 电机因快速进给发生振动或发出噪音的情况下，可以通过减小电机高速运转时的速度环增益使其改善。因为切削进给等使用的低速区域速度环增益仍可保持很高，所以可以在不降低加工精度情况下便可改善振动，#2206与#2229配合使用。
　　（3） 电机停止时的振动抑制
　　如果电机停止时电机位置进入机械的反向间隙中、负载惯量将变得非常小。由于其对负载惯量设定了非常大的VGN1，有时会发生振动。抖动补偿通过忽略速度反馈的反向间隙部分的反馈脉冲，可抑制电机停止时发生的抖动。针对忽略脉冲数，可逐个增加，以设定能够抑制振动的值。通过#2227的bit4、bit5设定忽略脉冲数。
　　3.2 调整加工精度及特性改善
　　抑制机械振动的同时尽量提高速度环设定值，然后可以进行高速高精度调整。为缩短调整时间和提高精度，使用提高位置增益的前馈进给控制，将容易诱发机械系统的振动。SHG控制通过更稳定地补偿伺服系统位置环的延迟，提高位置环的增益，缩短调整时间以及提高轮廓控制精度。
　　3.2.1SHG控制模式
　　SHG 控制时，要求PGN1:PGN2:SHGC＝1:(8/3):6。因此，即使PGN1的设定值相同，由于实际的位置环增益变大，故速度环需要足够的响应。速度环的响应较低时，与正常控制时一样，在加减速时将会发生振动和过冲。因发生机械共振而减少速度环增益时，请相应减少位置环增益。相关参数的设定见表2。
　　3.2.2切削面精度或真圆度较差的改善措施
　　（1） 切削面精度或真圆度较差，可通过增大速度环增益（VGN1、VIA）或使用干扰观测功能进行改善。提高切削表面精度的方法尽管有所不同，但都能提高速度环增益进行调整，此时重要的是如何抑制机械共振。速度环相关参数设定见表3。 　　（2） 使用干扰观察功能
　　干扰观察是通过推断干扰扭矩量来进行补偿，可减轻切削时的干扰和摩擦阻抗以及扭矩振动造成的影响，同时具有抑制因速度超前补偿控制造成的振动的效果。干扰功能参数设定见表4。
　　（3） 使用丢步补偿功能
　　通过丢步补偿功能来补偿机械运行方向转向时的响应延时、摩擦、扭转、伸缩、反向间隙所产生的刀纹、刀痕。
　　丢步补偿功能包含丢步补偿1、丢步补偿2、丢步补偿3，通过参数#2227的bit8、bit9设定选择丢步补偿2有效，通过参数#2216（LMC1）及#2241（LMC2）设定补偿量；参数#2282的bit1为1时，则选择丢步补偿3有效。在LMC补偿的设定中，首先必须测量机械的不平衡扭矩与摩擦扭矩。丢步补偿前后圆切削轨迹如图2所示。
　　1） 测量不平衡扭矩与摩擦扭矩
　　在要测定的轴上进行往返运转（F为1000mm/min左右），在NC伺服监视画面上显示进给时的负载电流。此时的不平衡扭矩与摩擦扭矩计算如下：
　　不平衡扭矩(%)＝[(＋进给负载电流%)＋(－进给负载电流%)]/2
　　摩擦扭矩(%)＝|(＋进给负载电流%)－(－进给负载电流%)|/2
　　2） 在扭矩偏置#2232中设定不平衡扭矩。
　　3） LMC补偿类型2的设定与调整
　　选择伺服功能选择１（#2227）的bit9设为1，启动LMC补偿类型2功能；在丢步补偿1（#2216）中以两倍的摩擦扭矩设定补偿量。#2241为0时，正负两方向均以#2216的设定值进行补偿；不同方向的突起量存在差别时，使用丢步补偿2进行调整。只进行单方向补偿时，禁止补偿方向上的参数(#2216或#2241)设定为-1。希望在补偿方向变更补偿量时设定#2241。补偿方向的设定如图3所示，即按NC参数中的CW／CCW设定。只需进行单方面补偿时，将不需补偿，一侧设定为-1。
　　最终的调整应在实际切削的同时进行设定。补偿量不足时，按5%的增量逐渐增大#2216或#2241。但如果设定过大，相反可能出现过切现象。
　　4） LMC补偿类型3
　　对应丢步补偿2无法补偿的，因移动速度而引起机械系统的扭转及伸缩而产生的误差，通过设定机械系统的粘性系数(#2286)，即使移动速度有变化也可做到正确的补偿。
　　在低速状态下，测定真圆度的同时调整基本补偿的补偿量参数（#2216、#2241）；在高速状态下，通过真圆度测定，调整粘性系数（#2286），直至获得满意的真圆度。标准值是在补偿中根据摩擦扭矩设定的值。最佳的补偿量因切削条件如切削速度、切削半径、刀具种类、工件材质等而变化，最后应在对目标切削进行试切削的基础上，确定补偿量。
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