A06B-6114-H211
随着制造业的进步和飞速发展，对加工母机和装备的精度提出了更高要求。数控机床作为装备制造业的典型产品，其高速工况下具有较高的加工精度逐渐成为机床生产厂家的共同要求。伺服参数匹配及优化设置对于提高数控机床精度，充分发挥并保证数控机床的良好的动静态性能具有十分重要的意义，但对于伺服参数的优化设置目前尚缺乏系统的方法，因而使数控机床难以达到***优性能。本文针对THM46100精密卧式加工中心，通过对伺服驱动系统参数进行整定优化实现降低机床误差并提高加工精度的目标。
1 THM461 00精密卧式加工中心简介
THM46100精密卧式加工中心(沈机集团)昆明机床股份有限公司在***机床重大专项支持下***新开发的四轴精密卧式加工中心，可广泛应用于复杂箱体类零件、盘类及模具等零件的加工。如图1所示，该机床由X、Y、Z方向的直线进给轴和绕B轴的回转工作台构成，为提高系统刚度而采用了“箱中箱”的独特结构，如图2所示，并且为了保证X方向具有较大的驱动能力，而采用了X1、X2双轴驱动的模式。由于该加工中心FANUC31i数控系统具有丰富的控制功能，因此此加工中心配置了FANUC31i数控系统，以实现对X、Y、Z直线位移及B轴回转位移的高速高精度控制。
THM46100精密卧式加工中心
图1 THM46100精密卧式加工中心
THM46100机床机械结构
图2 THM46100机床机械结构
2 伺服驱动系统参数整定方法研究
为提高数控机床的刚度、稳定性及高速加工性能，需要对其控制系统的参数进行调试，一方面使得机械传动系统和运动系统更好地匹配，另一方面补偿由于机械系统的缺陷而引起的误差。本文基于FANUC3li-MA，通过PI控制器参数整定和轮廓误差***两方面研究提高机床加工精度的方法。
2.1 环PI控制器参数整定
控制系统三环控制结构
图3 控制系统三环控制结构
如图3所示，FANUC3li-MA伺服驱动系统可简化为传统的电流环、速度环、位置环三环控制结构方式，分别通过位置控制环节(比例P控制器)、速度控制环节(比例积分PI控制器)、电流控制环节(比例积分PI控制器)等实现系统的***控制。对数控系统三环控制器PI参数的调节，对于提高机床的精度具有较为重要的意义。
由于内环性能的优劣直接影响着外环的控制性能，因此在PI参数调节过程中，通常采用从内环到外环，即电流环、速度环、位置环的调试顺序，分别对系统的力矩、速度、位置进行控制，以保证整个伺服系统性能的充分发挥。FANUC3li提供了以下可供调节的伺服参数。
1)电流环控制器：N02040---电路环积分增益和N02041m电流环比例增益。
2)速度环控制器：N02043m速度环积分增益和N02044m速度环比例增益。
3)位置环控制器：N01825一位置环路增益。
在对电流环调试过程中，在机床不发生振动的前提下，令积分增益先失效而逐渐提高比例增益N02041，直至电机发生微弱的啸叫，然后再通过积分增益系数N02040的调节以消除系统的稳态误差。通过电流环PI参数的整定，可以提高系统的快速响应性并***内部干扰，使得系统在保证其稳定性的同时有较大的扭矩。
速度环调试方法类似于电流环PI参数的整定过程，在保证系统稳定性的前提下，通过增益的提高获得较高的伺服刚度，同时施加积分环节消除稳态误差。速度环良好的性能增强了系统抗负载扰动的能力，并且***了速度较大幅度的波动。通过位置环增益的调节可以实现系统更加***的位置控制，减小位置偏差量，但同时可能会造成系统振荡，需要根据实际情况酌情确定，其余位置偏差的关系可用下式表示：
位置偏差量(e)=进给速度(v)／/位置环路增益(KP)
2.2 反冲加速功能
机床在其反向过程中，由于导轨和滑块接触部件之间摩擦的影响以及丝杠螺母传动间隙，造成电机反转的***，从而引起较大的轮廓误差，使得机床在进行圆周运动的情况下，会造成圆弧切削时的过象限突起误差。为减少此项误差，FANUC3li提供了反向加速功能。通过数控系统的反向加速功能，在机床反向处施加一定补偿量以增大瞬时扭矩，从而消除摩擦的影响。
FANUC3li提供了N01851一反冲补偿值、N02048--反冲加速量、N02071一反冲加速补偿有效时间等反向加速参数，通过合理调节系统这些参数，可以实现机床在反向时的瞬间加速。当其补偿值设置的较为合理时，机床运动部件的实际速度将会准确跟随给定速度如图4(a)所示；若补偿值设置较小，系统得不到充分补偿，其反冲加速不甚明显如图4(b)所示；若补偿值设置过大，又会造成过补偿，引起过切现象，如图4(C)所示。
反冲加速功能11、偿速度延迟
A02B-0166-***1
A02B-0166-B591
A02B-0166-C201
A02B-0166-C201#TR
A02B-0166-C210/R
A02B-0166-C251
A02B-0168-C012
A02B-0210-C111
A02B-0218-***2
A02B-0222-C132/TAR
A02B-0236-C125/MBR
A02B-0236-C204
A02B-0236-C205
A02B-0236-C211
A02B-0236-C231
A02B-0236-C232
A02B-0236-C233
A02B-0236-C235
A02B-0238-B612
A02B-0247-B535
A02B-0259-***1
A02B-0259-C221#A
A02B-0265-C101
A02B-0279-***2
A02B-0280-***2
A02B-0282-***2
A02B-0283-***2
A02B-0283-B801
A02B-0283-B803
A02B-0285-***2
A02B-0299-C041
A02B-0301-B801
A02B-0303-C205
A02B-0307-B822
A02B-0309-***0
A02B-0309-***2
A02B-0309-B520
A02B-0309-B522
A02B-0309-C001
A02B-0311-B510
A02B-0311-B520
A02B-0319-***2
A02B-0319-D515
A02B-0319-J315
A02B-0323-B802
A02B-0819-C161
A02B-1001-0120
A02B-2002-0521
A02B-2100-0160
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A02B-2101-0013
A02B-2902-0461
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A03B-0406-B001
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A03B-0807-C052
A03B-0807-C104
A03B-0807-C105
A03B-0807-C154
A03B-0807-C155
A03B-0807-C156
A03B-0807-C159
A03B-0807-C160
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A03B-0808-C001
A03B-0815-C001
A03B-0815-C002
A03B-0815-C003
A03B-0815-C004
A03B-0815-C041
A03B-0815-T002
A03B-0819-C001
A03B-0819-C002
A03B-0819-C011
A03B-0819-C051
A03B-0819-C060
A03B-0819-C102
A03B-0819-C103
A03B-0819-C104
A03B-0819-C109
A03B-0819-C153
A03B-0819-C154
A03B-0819-C156
A03B-0819-C159
A03B-0819-C160
A03B-0819-C161
A03B-0819-C167
A03B-0819-C172
A03B-0819-C185
A03B-0823-C003
A03B-6093-H102
A04B-0094-C201
A04B-0231-H200
A05B-2301-C300
A05B-2361-C002
A06B-6093-H153
A20B-2001-0823