FANUC數控系統伺服驅動優化在數控機床上的運用

譚偉

[摘要]FANUC數控系統，是日本FANUC公司提出的數控系統，是集科研、設計、制造于一體的綜合性系統。在FANUC數控系統應用當中，做好伺服驅動優化工作對加強機床加工效能有著重要意義。基于此，本文首先介紹FANUC系統的特點，分析伺服驅動優化的原理，進而提出了在數控機床中伺服驅動優化的應用。

[關鍵詞]FANUC數控系統;伺服驅動;數控機床;運用;優化

引言

數控系統主要的功能是將所編制的數控技術程序轉變成為對應軸的機械位移，在軸位移當中，良好的動態特性、運行穩定性是伺服驅動高效運行的關鍵。伺服驅動優化的根本目標就是在現有基礎上提高系統運作的動態性。而FANUC公司所提出的數控系統具有高性能、高質量、全功能的優勢，廣泛適用于各類機床以及生產機械的特性，在市場中的占有率遠超過其他數控系統的市場占有率。在數控機床生產當中，以FANUC數控系統為基礎，加強該系統的伺服驅動優化工作，可以進一步發揮數控機床的效能，保障生產精度、效率、質量、成本。加強FANUC數控系統伺服驅動優化的研究有著重要意義。

一、FANUC數控系統的特點

（一）剛性攻絲

主軸控制回路作為位置閉環控制，主軸電機旋轉、攻絲軸同步運行，從而保障攻絲的精度、速度。

（二）復合加工循環

復合加工循環能夠根據簡單的指令自動生成刀具切削路徑。系統會自動定義工件的輪廓，生成多次粗車的刀具路徑，讓車床編程復雜性大大降低。

（三）圓柱插補

圓柱插補功能可以實現圓柱槽的切削，按照圓柱表面展開圖進行編程處理。

（四）直接尺寸編程

直接尺寸編程可以直接指定相關尺寸，包括傾角、倒角、轉角半徑等，可以在零件設計圖上指定這些尺寸，從而簡化機床加工程序編程環節。

二、伺服驅動優化原理與步驟

（一）優化原理

優化原理如圖1：

位置環作為一個內部結構相對簡單的比例調節器，所以在調節中比較簡單、方便。速度環和電流環主要是由比例積分調節器構成，是驅動核心部位，所以速度環也是驅動優化的重點內容。在伺服驅動優化當中，其關鍵一環是提升速度環動態特性，想要提高動態特性的重要一環是提升速度環比例環節增益，減少積分環節時間常數。

（二）數控機床中伺服驅動優化的步驟

在調試機床當中，數控系統會默認地給出一組軸的參數，但是默認參數都是相對保守的參數。對于立式加工中心來說，其伺服驅動優化需要對各軸頻率響應、圓度測試。其主要表現在：

1.頻率響應

簡單來說，頻率響應就是讓電機端輸人一個噪音信號，并且該信號具有很寬的頻率，之后檢查輸出端反饋信號，結合二者之間的關系繪制成一個輸人、輸出的平面圖。為了提高計算的便捷性，可以選擇波特圖形式顯示。圖上部分代表輸出、輸人數值比，圖下部分表示輸人、輸出信號相位差。最為理想的結果是輸出、輸人幅值相等，相位差一。，但是在實際圖形中，由于會受到客觀因素影響，勢必會存在著一些偏差。采用servo guide軟件對圖形畫面各個軸進行測定，得出頻率響應之后，結合相應曲線圖分析每個軸的高頻振動點、剛性余量、系統響應頻寬。可以采用TCMD濾波器抑制低頻振動、采用田丈V濾波器來消除高頻振動。在消除共振點的基礎上，即可將速度增益設置得更高。之后，需要對頻率相應重新測量，多次重復進行，直到最終參數符合機床運行標準即可。

如在數控機床運行當中，機床伴有刺耳的尖叫聲，此類現象就是機床共振造成的結果。此時可以檢測Y軸靜態頻率響應曲線圖確認。機床共振可以采用濾波器參數調節方法抑制，這樣即可消除機床運行的尖叫聲。通過增設了Y軸濾波器之后，所采集的圖形曲線更加平穩。

2.圓度測試

打開servo guide軟件程序畫面即可生成測試程序，并把主程序、子程序等發送到數控系統當中，數控系統會運行這些程序，通過圖形畫面采集相關數據并對最終處理信號分析。如果顯示的圓弧變形，很有可能是因為背隙補償造成的結果，可在測試之前調整參數。如果圓弧半徑存在著較大的誤差，此時可以設定前饋系數，并通過前饋功能減少因為伺服系統跟蹤延遲造成的誤差。如果象限存在著凸起、過切問題，則可以采用速度增益、背隙加速進行調節。

結語

綜上所述，在數控機床生產中，應用伺服驅動優化能夠讓FANUC數控系統和機床特性更加匹配。通過伺服驅動優化實現彌補、抑制，從而改善機床的加工性能，保障工件生產質量。

參考文獻：

[1]宋楠TANUC數控系統伺服驅動優化在數控機床上的應用[J].世界制造技術與裝備市場，2014（2）：95-96.

[2]黃玉潔.基于FANUC數控系統的數控車床的伺服系統研究及優化[D].東南大學，2016.