如何解决立式加工中心上的加工振动

伯特利数控陈生

引言

随着我国制造业的飞速发展 数控机床制造技术也在不断地发展同时对数控机床的各项性能提出了越来越高的要求 主要表现在机械精度和刚性数控系统的高速高精度等 为了适应这种需求 数控系统的制造商也开发了很多新的高速高精度的功能 比如 FANUC 控制系统的 AICC 简易轮廓控制 ,HPCC 高精度轮廓控制 ,AI NANOHPCC 智能纳米高精度轮廓控制 等高速高精度功能 随着速度和精度的高速控制 在控制方面的不稳定因素也随之提高即加大了振动因素 所以必须加以调整来尽量抑制振动的发生才能达到高速高精度的要求 以下以 FANUC 数控系统为例 分析振动产生的原因和如何减小振动所采取的措施

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机床振动的原因

1.1 由于电机本身的磁极是永磁体 所以在运动时会由于磁滞现象而产生小的波动 或者由于机械静摩擦或者由于机械刚性不好产生的低频振动 这些都不能通过参数来调整只能从机械上去解决 对于线性电机 可以有参数来补偿由于磁滞产生的振动

1.2 位置环和速度环增益不匹配会产生低频率振动 一般解决的办法是先尽量提高速度环增益 然后降低位置环增益PG=100/S->16Hz 位置增益设定为 1000 时 会产生 16Hz 左右的振动

1.3 机械共振 一般在 200Hz 以上 可以使用 HRV 过滤器来消除 注意 伺服软件要 90B0 版本以后的才有此功能 在 90B0 版本之前的伺服软件 只能通过 TCMD 过滤器 参数 2067 来消除

1.4 来自指令的振动 由于指令的插补周期为 8ms 在提高速度增益和位置增益的时候 使信号产生振动(大约 125Hz) 或者由于 VFF的作用产生的高于 400Hz 的振动 振动可以通过调整 FAD 时间常数来消除可通过调整插补后加减速时间常数来消除 或者由于 VFF2069 的设定值太大 可适当减小设定值

1.5 全闭环时 由于机械连接的刚性不好在移动时 特别是加减速的时候 会产生振动 主要是机械测的位置反馈和电机侧的速度反馈之间不一致由机械固有频率可知道 必须减小位置增益 但位置增益减小了 就会增大形状误差 可以有几种方法解决 第一 加机械速度反馈功能 基本功能 一般对 50Hz 左右的振动有效 第二 增加振动抑制控制功能 基本功能

1.6 其他特殊情况

1.6.1 对于重力轴 在下降时 由于能量反馈到电机 再到放大器所以也会产生振动

1.6.2 对于 Tandem 轴 由于连接的两个电机的速度和负载特性的不同而产生不同的外乱振动 由于此现象不多见 且调整步骤比较多 在这里不做讨论

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机床振动的抑制

2.1 停止时振动抑制

调整步骤

2.1.1 首先设定 HRV2 控制有效 伺服软件 90B0 以后版本 再使用[Servo guide]测量各轴的频率响应曲线 由频率响应曲线设定最佳的速度环增益 如果有高频率的机械共振增加 HRV 滤波器功能 将机械共振点消除 这时设定的伺服增益数只是在静态的某一点的最佳值 最好要选择几个点来测还要在移动过程中测量 TCMD 的波形125 s,800 个采样点 用[CTRL+F]观察振动频率 实际的振动频率要在显示的数值上乘以 10 因为是 0.1s 刻度 对于速度增益的调整 要注意 尽量提高 但高了以后就会发生振动 分析振动的原因 如果是高频的共振 大于 200Hz 可使用 HRV 滤波器消除 如果低频振动可能是由于机械原因只能降低设定值

2.1.2 其次要分析发生振动的原因 看是由于什么原因引起 可根据具体的原因来采取适当的解决方法 在上面的原因分析里面有介绍

2.1.3 一般在通过观察频率响应波形之后 如果波形符合如图所示的三个条件在停止时就不会产生振动

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2.2 移动时振动抑制

在通过频率响应波形设定了伺服的速度增益后 还要在移动快速 进给两种方式 时测量是否有振动, 包括快速进给和切削进给 一般由于机械刚性和静态摩擦等原因静态调整好后 移动时可能还会发生振动 这时候还要在移动时重新调整 主要是伺服增益的降低

2.3 全闭环振动调整当系统采用全闭环控制时候 如果机械刚性不好 一般都会发生振动 而且不容易消除 以下简单介绍一下调整时的注意点

2.3.1 基本连接 如图所示为全闭环控制的基本连接

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2.3.2 基本参数设定 如图所示为全闭环基本参数设定流程

流程图左边为全闭环的设定步骤 要注意的是 CMR, N/M, 位置脉冲数 如果设定错误 有时候轴可以走 并且移动的距离也正确 但会加大振动

例如

丝杠 12mm, 光栅尺为串行 LC491F, 实际分辨率为 0.01 m, 则设定如下

CMR=2

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AMR=0000000

N/M=指令单位/输出脉冲=1 m/ 1/0.01 m =1 100

注意 当设定了以上的 N/M 系统可能会出现 417 报警 这时 可以查找诊断 352 内容 为 10016 参数的内部数值失控检测溢出可通过设定参数 2200#0=1 来屏蔽此报警 位置脉冲 Ns=丝杠螺距/光栅分辨率=12000/0.01=30000*40 参数 2024=30000 参数 2185=40 位置反馈脉冲数如果大于 32767 时 则设定值 A*B A 参数 2024 , B 参数 2185

2.4 有关增益参数设定

伺服增先设定为 100 参数 2021=0 位置增益设定为 3000 参数1825=3000 等其他参数设定完成后 再适当增加速度增益的设定

注意

2.4.1 全闭环控制时 不要使用[SERVO GUIDE]中的导航器进行调整 最好也不要进行频率响应测量 以免由于振动太大而损坏机床

2.4.2 不要设定增益快速/切削切换功能 即参数 2202#1 和 2107不要设定

2.4.3 不要设定停止时增益可变功能 即参数 2016#3 和 2119 不要设定

2.4.4 可以使用 HRV2 功能

总结

对于高速高精度控制 为了达到更高的精度和速度 伺服增益和位置增益都调整的比较高 对机械也提出更高的要求以上的调整 很多方面其实就是克服由于机械刚性以及较大的静态摩擦而产生的振动除了对参数进行调整外 还需要对机械进行调整 这样才能达到高速高精度的要求

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