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引言
隨著我國制造業(yè)的飛速發(fā)展 數(shù)控機(jī)床制造技術(shù)也在不斷地發(fā)展 同時(shí)對(duì)數(shù)控機(jī)床的各項(xiàng)性能提出了越來越高的要求 主要表現(xiàn)在機(jī)械精度和剛性 數(shù)控系統(tǒng)的高速高精度等 為了適應(yīng)這種需求 數(shù)控系統(tǒng)的制造商也開發(fā)了很多新的高速高精度的功能 比如 FANUC 控制系統(tǒng)的 AICC 簡(jiǎn)易輪廓控制 ,HPCC 高精度輪廓控制 ,AI NANOHPCC 智能納米高精度輪廓控制 等高速高精度功能 隨著速度和精度的高速控制 在控制方面的不穩(wěn)定因素也隨之提高 即加大了振動(dòng)因素 所以必須加以調(diào)整來盡量抑制振動(dòng)的發(fā)生 才能達(dá)到高速高精度的要求 以下以 FANUC 數(shù)控系統(tǒng)為例 分析振動(dòng)產(chǎn)生的原因和如何減小振動(dòng)所采取的措施
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機(jī)床振動(dòng)的原因
1.1 由于電機(jī)本身的磁極是永磁體 所以在運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)由于磁滯現(xiàn)象而產(chǎn)生小的波動(dòng) 或者由于機(jī)械靜摩擦 或者由于機(jī)械剛性不好產(chǎn)生的低頻振動(dòng) 這些都不能通過參數(shù)來調(diào)整 只能從機(jī)械上去解決 對(duì)于線性電機(jī) 可以有參數(shù)來補(bǔ)償由于磁滯產(chǎn)生的振動(dòng)
1.2 位置環(huán)和速度環(huán)增益不匹配會(huì)產(chǎn)生低頻率振動(dòng) 一般解決的辦法是先盡量提高速度環(huán)增益 然后降低位置環(huán)增益PG=100/S->16Hz 位置增益設(shè)定為 1000 時(shí) 會(huì)產(chǎn)生 16Hz 左右的振動(dòng)
1.3 機(jī)械共振 一般在 200Hz 以上 可以使用 HRV 過濾器來消除 注意 伺服軟件要 90B0 版本以后的才有此功能 在 90B0 版本之前的伺服軟件 只能通過 TCMD 過濾器 參數(shù) 2067 來消除
1.4 來自指令的振動(dòng) 由于指令的插補(bǔ)周期為 8ms 在提高速度增益和位置增益的時(shí)候 使信號(hào)產(chǎn)生振動(dòng)(大約 125Hz) 或者由于 VFF的作用產(chǎn)生的高于 400Hz 的振動(dòng) 振動(dòng)可以通過調(diào)整 FAD 時(shí)間常數(shù)來消除可通過調(diào)整插補(bǔ)后加減速時(shí)間常數(shù)來消除 或者由于 VFF2069 的設(shè)定值太大 可適當(dāng)減小設(shè)定值
1.5 全閉環(huán)時(shí) 由于機(jī)械連接的剛性不好 在移動(dòng)時(shí) 特別是加減速的時(shí)候 會(huì)產(chǎn)生振動(dòng) 主要是機(jī)械測(cè)的位置反饋和電機(jī)側(cè)的速度反饋之間不一致 由機(jī)械固有頻率可知道 必須減小位置增益 但位置增益減小了 就會(huì)增大形狀誤差 可以有幾種方法解決 第一 加機(jī)械速度反饋功能 基本功能 一般對(duì) 50Hz 左右的振動(dòng)有效 第二 增加振動(dòng)抑制控制功能 基本功能
1.6 其他特殊情況
1.6.1 對(duì)于重力軸 在下降時(shí) 由于能量反饋到電機(jī) 再到放大器所以也會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)
1.6.2 對(duì)于 Tandem 軸 由于連接的兩個(gè)電機(jī)的速度和負(fù)載特性的不同 而產(chǎn)生不同的外亂振動(dòng) 由于此現(xiàn)象不多見 且調(diào)整步驟比較多 在這里不做討論
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機(jī)床振動(dòng)的抑制
2.1 停止時(shí)振動(dòng)抑制
調(diào)整步驟
2.1.1 首先設(shè)定 HRV2 控制有效 伺服軟件 90B0 以后版本 再使用[Servo guide]測(cè)量各軸的頻率響應(yīng)曲線 由頻率響應(yīng)曲線設(shè)定最佳的速度環(huán)增益 如果有高頻率的機(jī)械共振 增加 HRV 濾波器功能 將機(jī)械共振點(diǎn)消除 這時(shí)設(shè)定的伺服增益數(shù)只是在靜態(tài)的某一點(diǎn)的最佳值 最好要選擇幾個(gè)點(diǎn)來測(cè) 還要在移動(dòng)過程中測(cè)量 TCMD 的波形125 s,800 個(gè)采樣點(diǎn) 用[CTRL+F]觀察振動(dòng)頻率 實(shí)際的振動(dòng)頻率要在顯示的數(shù)值上乘以 10 因?yàn)槭?0.1s 刻度 對(duì)于速度增益的調(diào)整 要注意 盡量提高 但高了以后就會(huì)發(fā)生振動(dòng) 分析振動(dòng)的原因 如果是高頻的共振 大于 200Hz 可使用 HRV 濾波器消除 如果低頻振動(dòng)可能是由于機(jī)械原因 只能降低設(shè)定值
2.1.2 其次要分析發(fā)生振動(dòng)的原因 看是由于什么原因引起 可根據(jù)具體的原因來采取適當(dāng)?shù)慕鉀Q方法 在上面的原因分析里面有介紹
2.1.3 一般在通過觀察頻率響應(yīng)波形之后 如果波形符合如圖所示的三個(gè)條件 在停止時(shí)就不會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)
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2.2 移動(dòng)時(shí)振動(dòng)抑制
在通過頻率響應(yīng)波形設(shè)定了伺服的速度增益后 還要在移動(dòng) 快速 進(jìn)給兩種方式 時(shí)測(cè)量是否有振動(dòng), 包括快速進(jìn)給和切削進(jìn)給 一般由于機(jī)械剛性和靜態(tài)摩擦等原因 靜態(tài)調(diào)整好后 移動(dòng)時(shí)可能還會(huì)發(fā)生振動(dòng) 這時(shí)候還要在移動(dòng)時(shí)重新調(diào)整 主要是伺服增益的降低
2.3 全閉環(huán)振動(dòng)調(diào)整當(dāng)系統(tǒng)采用全閉環(huán)控制時(shí)候 如果機(jī)械剛性不好 一般都會(huì)發(fā)生振動(dòng) 而且不容易消除 以下簡(jiǎn)單介紹一下調(diào)整時(shí)的注意點(diǎn)
2.3.1 基本連接 如圖所示為全閉環(huán)控制的基本連接
2.3.2 基本參數(shù)設(shè)定 如圖所示為全閉環(huán)基本參數(shù)設(shè)定流程
流程圖左邊為全閉環(huán)的設(shè)定步驟 要注意的是 CMR, N/M, 位置脈沖數(shù) 如果設(shè)定錯(cuò)誤 有時(shí)候軸可以走 并且移動(dòng)的距離也正確 但會(huì)加大振動(dòng)
例如
絲杠 12mm, 光柵尺為串行 LC491F, 實(shí)際分辨率為 0.01 m, 則設(shè)定如下
CMR=2
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AMR=0000000
N/M=指令單位/輸出脈沖=1 m/ 1/0.01 m =1 100
注意 當(dāng)設(shè)定了以上的 N/M 系統(tǒng)可能會(huì)出現(xiàn) 417 報(bào)警 這時(shí) 可以查找診斷 352 內(nèi)容 為 10016 參數(shù)的內(nèi)部數(shù)值失控檢測(cè)溢出 可通過設(shè)定參數(shù) 2200#0=1 來屏蔽此報(bào)警 位置脈沖 Ns=絲杠螺距/光柵分辨率=12000/0.01=30000*40 參數(shù) 2024=30000 參數(shù) 2185=40 位置反饋脈沖數(shù)如果大于 32767 時(shí) 則設(shè)定值 A*B A 參數(shù) 2024 , B 參數(shù) 2185
2.4 有關(guān)增益參數(shù)設(shè)定
伺服增先設(shè)定為 100 參數(shù) 2021=0 位置增益設(shè)定為 3000 參數(shù)1825=3000 等其他參數(shù)設(shè)定完成后 再適當(dāng)增加速度增益的設(shè)定
注意
2.4.1 全閉環(huán)控制時(shí) 不要使用[SERVO GUIDE]中的導(dǎo)航器進(jìn)行調(diào)整 最好也不要進(jìn)行頻率響應(yīng)測(cè)量 以免由于振動(dòng)太大而損壞機(jī)床
2.4.2 不要設(shè)定增益快速/切削切換功能 即參數(shù) 2202#1 和 2107不要設(shè)定
2.4.3 不要設(shè)定停止時(shí)增益可變功能 即參數(shù) 2016#3 和 2119 不要設(shè)定
2.4.4 可以使用 HRV2 功能
總結(jié)
對(duì)于高速高精度控制 為了達(dá)到更高的精度和速度 伺服增益和位置增益都調(diào)整的比較高 對(duì)機(jī)械也提出更高的要求 以上的調(diào)整 很多方面其實(shí)就是克服由于機(jī)械剛性以及較大的靜態(tài)摩擦而產(chǎn)生的振動(dòng) 除了對(duì)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整外 還需要對(duì)機(jī)械進(jìn)行調(diào)整 這樣才能達(dá)到高速高精度的要求
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