FANUC-18i加工中心伺服系統的優化

王東斌

（江蘇安全技術職業學院，江蘇徐州221011）

FANUC-18i加工中心伺服系統的優化

王東斌

（江蘇安全技術職業學院，江蘇徐州221011）

基于FANUC18i伺服驅動系統的伺服優化技術，通過對各進給軸的伺服PI參數的優化，實現機械傳動系統和運動系統的最佳匹配，并通過調試同步誤差補償參數，減少因機械系統的缺陷而引起的輪廓誤差。

伺服系統；優化技術

隨著高性能加工中心越來越普及，強力切削、干切削使用越來越廣泛，在滿足機床高的加工精度要求下，對加工中心伺服系統提出更高的要求。加工中心作為裝備制造業的工作母機，有較高的加工精度和適用性，在裝備制造類企業應用廣泛。伺服系統參數設置和參數優化能夠提高加工中心工作效率，在現有條件下發揮機床潛力提高生產效率。目前，加工中心型號和系統種類繁多，大部分機床伺服系統參數保持出廠默認設置，因而加工中心在很大程度上尚未達到最優性能。本文主要研究FANUC18i-MA加工中心伺服系統的參數設置，利用PI控制器調整優化參數提高機床加工效率和加工精度。

1 伺服系統參數調試

由于大部分機床伺服系統默認出廠設置，在實際生產過程中，為提高機床的加工性能和制造精度，可以對機床系統參數進行調試。通過伺服參數優化設置，可以達到機械傳動系統和PLC控制系統更好地協同，還可以對由于機械傳動引起的誤差進行誤差補償[1]。研究機床伺服系統是一項綜合系統項目，電流環、速度環、位置環各種參數互相關聯，參數設置不合理會影響機床正常運行甚至出現故障隱患，合理優化參數設置十分重要。

本次伺服系統參數優化流程是利用FANUC18i-MA伺服系統說明書，調整三個坐標軸伺服參數，然后在伺服調試工具Servo Guide里面改變電流增益驗證效果，達到提高機床切削性能并改善系統響應時間的目的。

在FANUC18i-MA加工中心系統操作面板MDI檔位，按下system系統軟鍵進入系統參數信息界面。將伺服電機規格碼“243”加50即293填入電機代碼方框中，機床重啟上電后設置伺服系統參數[2]。

修改N02003，N02005，N02007，N02009，N02013五個段落PI控制器參數及參考注釋如下：

N02003 A1 P 00101100 A2 P 00101100 A3 P 00101100

設置加速功能有效

N02005 A1 P 00000010 A2 P 00000010 A2 P 00000010

設置位置反饋功能有效

N02007 A1 P 01000000 A2 P 01000000 A3 P 01000000

設置精密加減速有效

N02009 A1 P 11000000 A2 P 11000000 A3 P 11000000

設置切削進給中反沖加速功能有效

N02013 A1 P 00000001 A2 P 00000001 A3 P 00000001

設置反沖加速停止功能有效

通過修改以上五個段落PI控制器參數，能夠提高系統的快速響應時間和系統穩定性，還可以部分消除內部干擾。另一方面改善伺服系統剛度，提高系統運行穩定性。

N02003段速度環和N02005段位置環的關系相輔相成，速度環增益可以提高機床效率和性能，位置環增益可以提高機床加工精度和效率。由于機床機械傳動結構的特點，速度環和位置環增益過大，也會使電機噪聲增大，從而引發機床振動，甚至嚴重的可以造成機床系統故障。速度環增益伺服系統默認值為100，在保持機床加工運行平穩狀態下可以適當增大，最大值不要超過600；位置環增益默認值值為3000，在保持機床加工運行平穩狀態下可以適當增大，建議最大不要超過6000.參數設置完成后，觀察從機床靜止狀態下到高速運行狀態，各軸電機和機械部件正常運行無明顯振動，機床噪聲正常，說明前面優化設置參數合理。

參數設置中需要注意的是，加工中心機床各軸速度環和位置環調試輸入數值要求統一數量值，避免加工中心在做圓弧或者斜線插補時出現軌跡偏差。

2 伺服系統參數調試驗證

針對上述對加工中心伺服參數進行了優化調整，通過FANUC18i-MA伺服調試工具Servo Guide對伺服系統調試前后機床運行的實際狀態進行圓周測試。調試電流環增益，保持機床運行平穩，機床振動狀態可控狀態下，逐步提高積分增益比例直至電機發生微弱的噪聲，然后再通過積分增益系數調節以消除系統的穩態誤差。

圖1是速度環100位置環3000，插補半徑為10 mm進給速度為2 000 mm/min時測得圖象，圖中刻度單位10 μm，理想圓小并且曲線尖峰值過大；圖2是速度環500位置環6000，插補半徑為10 mm進給速度為2000 mm/min時測得圖象，圖中刻度單位5 μm曲線尖峰值較小，圓弧過渡較為平順，實際插補軌跡顯示與理想軌跡較為接近，實現機械傳動系統和運動系統的最佳匹配。

圖1 調試前圓周測試

圖2 調試后圓周測試

從調試前后Servo Guide的圓周測試結果對比可以看出，調試后機床曲線尖峰誤差得到了較大程度改善，但并未完全消除。造成調試后機床仍存在一定程度誤差的原因，分析誤差產生原因：一方面是由于閉環控制系統需要誤差補償來減小誤差；另一方面是機械傳動過程中滾珠絲杠螺母副及各坐標軸安裝接觸中存在一定間隙。

[1]羅敏．典型數控系統應用技術一FANUC篇[M].北京：機械工業出版社，2009．

[2]FANUC公司．FANUC Series 16i/18i，MODEL A參數說明書（B-63950CM/02）[Z].2005.

FANUC-18i Based Servo Optimization Technique Of Machining Center

WANG Dong-bin
（Jiangsu College of Safety Technology，Xuzhou Jiangsu 221011，China）

Optimization of servo servo drive system based on FANUC18i technology,through the optimization of PI parameters of the servo feed shaft，to achieve the best match of mechanical drive system and motor system，and through debugging the synchronization error compensation parameters，reduce the contour error caused by the defects of the mechanical system.

servo system；optimization technique

TG659

B

1672-545X（2016）11-0143-02

2016-08-28

王東斌（1980-），男，江蘇徐州人，講師，碩士，研究方向：數控技術，CAD/CAM。