数控机床动态特性调整-

备与维修 q uipme nt a n d M ai nt e n a nc e 数控机床动态特性调整 中航工业昌河飞机工业集团公司 江西景德镇3 3 3 0 0 2 胡辉 数控机床在 初始制 造 阶段 全部 采用标 准 的系 统和伺服参数 标 准的参 数可 以让 机床 能够正 常 地运转 并能满 足一般 精度 的加工 但对 于精 度 要求很高的航空部 件和 复杂模 具 的加 工 如果 不 对机床 的动态特性 进行优 化 肯定 无法 满足 加工 要求 本文 以意大 利 F I D I A公 司生产 的高速 5轴 铣削中心 K 1 9 9为例 简要介绍机床 的动态特性调 试方法 K1 9 9使用 的是 F I D I A C 2 0高端数控 系统 F I D I A X P O WE R的数字伺 服 驱动 总线 传输 速率 高达 l O 0 M b i t s 利用 F I D A C 2 0数控 系统 自带 的测 试功能 可以方便 地对机床的动态特性进行测试和 优化 1 概述 机床动态特性 的调试 主要针对 以下几个方 面 位置环 速度环 电流环 L O O K A H E A D及加速度 等 通过 F I D I A C 2 0高端数 控 系统提 供 的 E R RE E R C I P AR T P R OG R AM等功能及 T MA测试软件 可以方便全面地 对机 床的动态 特性进 行测试 和优 化 其 中 E R C I 可以对速度 环 位置环 等特性 进 行调试 E RR E可 以对 加 速度 等 特 性 进 行 调 试 P AR T P R OG R AM可对 L O OK A HE AD等特性进行调 试 2 动态特性调试方法 1 电流环的调试 电流环的调试通常在驱动 安装期间进行 该调试需要综合考虑 电动机和驱动 单元的特性 通常是由制造厂家的专业技术人员来 完成 对于 F I D I A X p o w e r 数字驱动单元 可以利用 F I D I A公司提供的驱动单元专用配置软件 B R U C O来 完成 在该软件 中提供了大部分主流电动机及 主轴 的数据库 用户只需根据电动机 和主轴型号 便可 从数据库中得到相应的经过测试的参数 在缩 短调 试时间的同时 也保证了驱动单元与电动机特性 的 匹配性 2 速度环的调试通过 F I D I A B R U C O伺服配 置软件和 F I D I A C 2 0 数控系统提供 的 E R C I 功能 可 以对速度环增益进行调整 以下 以 y轴 为例予 以具 体说明 初始值速度环增 益 K p 2 1 0 执行 E R C I 测试后结果如图 1 所示 从其他机床上测量 电压应 为 5 V 于是怀 疑 芯片有故障 断电后 用万 用表测 量芯 片管 脚间 的 阻值 发现 7 9间的阻值 只有 3 0 Q 左右 而正常 阻值应很大 用 万用表 测量应 为十几 兆 欧 由于 HC一1 4 8的 7 9脚 分 别与 L S一0 7的 1 3脚 相 连 无法断定 哪个芯片故障 所以用 电烙铁将 H C 一 1 4 8的第 9 脚 挑离 电路板 测量后确定 H C一1 4 8 损坏 更换 H C一 1 4 8 后 旋转波段开关 观察诊断 输入 7 的第 7 6位 三个挡位竟 然都显示 0 1 旋转手轮 只有 X 1 0 0一种动作 用万用表测量 HC 一 1 7 8 在焊接后第 7脚与 L S一 0 7的第 1脚不通了 2 O 71车 墨 窖矍 参 磊 工 冷 加 I 一 一 一 L 一 一 一 r 一 观察后发现 由于线路板上 的铜皮在焊接过程 中脱 焊 将两 管 脚 间焊接 一 条 细线 旋转 波 段 开 关 X I X l 0 X 1 0 0三个 挡 位在 诊 断 画面 输 入 7 的第 7 6位的诊 断数字分别为 0 0 1 0 0 1 故障 消除 有时通过电路 图的测绘分析 即使不很 了解 电 路中某些芯片的具体功能 也能对简单的故障进行 处理 修复该手轮 既节约 了成本 又通过维修 了 解到一些芯片的知识 很是值得 MW 收稿 日期 2 0 1 1 0 7 0 9 将 K n 值增加到 5 测试结果如图2 所示 Fi l e n a m e C F I DI A t e s t e r c i d fl t Im p Au t o c a l e Ra d i u s a nd Ce n t e r S o u r s e di r e c t E r e i p l a n eX Y Of f 乱X mm 0 0 0 0 1 O e tY mm 0 00 0I Ro t XY 0 Ro di us mm 9 9 98 8 4 E r r o r ma xmm 0 0 2 7 5 Error mi nmm一 00 057 Error r msmm 0 0 05 5 D I l m m O 01 0 0 T h r e s h o l dmm 01 0 0 0 Kp 2 1 0 b a s s v a lu e s 图l F i l e n a me C FI DI A t e s t e r c i d flt I mp Au t o c ale R a d iu s a n d C e n t e r S ou r s e di r e c t Er c i pl a neXY 0ff s 6 t Xmm 0 0 0 0 1 Of F s e t Ymm 00 0 01 Ro t XY 0 Ro d i u s mm 9 9 9 8 7 8 E r r o r max mm 0 0 2 6 2 E r r o r mi nmm o 0 0 5 3 E r r o r r ms mm 0 0 0 4 5 Di vI 1 mm 0 0 t 0 0 s h o ldmr n 0l 0 0 t3 图2 可以看到 y向的反 向误差 已经开始降低 当逐 步将 K增加到 1 5后 测试结果如图 3 所示 从图3可以看 出 此 时 向的反 向误差 已经很 小了 当 值再增 加时 对误差 的改善已经没有作 用了 因此 可 以将 y向的速度环增益 值设为 1 5 位置环增益的调试步骤也基本相 同 Fi l e n a me C F I DI A t e s t e r c i d fl t Im p Au t o c a l e Ra d i u s a n d Ce n t e r So u r s e d i r e c t Er e l p l a n eXY O s e tX mm 0 00 0 0 O任 e t Y mm 0 0 0 00 Ro t XY Ro d i u s mm 9 9 9 87 3 j Err o r ma xmm 0 0 2 8 0 Erro rmi nmm 一0 0 0 49 Err o r r ms mlr l 0 0 0 4 2 Di v I I mr l l 0 0 1 0 0 n e s h o l d mm 0 1 0 0 0 图3 设备s维修 q u i pme n t an d M a i n t e n an c e 3 噪声滤波在调试速度环增益 K的过程中 当 值增加 时 在电流环上会产 生噪声 在 F I D I A B RU C O驱动配置软件中提供了 9个滤波器进行电流 滤波 通过滤波可以获得更高 的增益值 从而也获 得 了更好的机床动态特性 具体调试方法如下 当增加速度 环增益 出现噪声后 通过 噪声测量 软件测量噪声频率 示例如图4所示 善 蓥 善 喜 图4 从图 4 可以分析 出噪声频率为 1 O 0 0 H z 频宽为 1 0 0 H z 将测得 的值输入相应 的滤波器 就可以将该 噪声滤掉 然后再按照上节所述调试速度环的方法 调整增益 反复测试直到获得最佳的增益 值 需 要 注意的是 当测试所得频 率小 于 2 5 0 H z 时 是无法 通 过滤波器滤掉 的 在这种情况下 需要降低 值 或 检查其他相关部件 4 其他测试完成以上电流环 速度环 位 置环测试后 还要使用 E R R E软件对加速度等特性 进行 测试 使 用 P A R T P R O G R A M T E S T对 L O O K A H E A D特性进行测试 在完成各单项特性测试后 还 需要使用 F I D I A T MA软件对机床综合动态特性进行 测试 该软件的测试项多达 2 5项 测试完成后可以 自 动生成测 试报 告供专业技术人 员进行分析优 化 以保证机床能达到最佳 的动态特性 限于篇